23. Zasady projektowania i kształtowania prostych ustrojów konstrukcyjnych (ramy, fundamenty, ściany oporowe).

II.35. Ramy żelbetowe monolityczne i z elementów prefabrykowanych - Kobiak tom III

pkt.11

Ramy to układy prętowe o prętach połączonych w sztywnych węzłach tzn. przy odkształceniu sprężystym układu kąty między stycznymi do osi odkształconych prętów zbiegających się w danym węźle nie zmieniają się oraz nie zachodzi wzajemne przesunięcie tych prętów. Węzły ram mogą być realizowane jako bezprzegubowe lub przegubowe, przy czym liczba sztywnych połączeń musi być wystarczająca, zapewnić geometryczną niezmienność układu.

W ramach monolitycznych , jeśli tylko pozwalają na to miejscowe warunki gruntowe, stosuje się ogólną sztywność i niezmienność geometryczną układu.

Na terenach o niekorzystnych warunkach gruntowych konieczne jest stosowanie oddzielnych ram połączonych wzajemnie przegubowo za pomocą za pomocą elementów prętowych; jedynie jednoprzęsłowa rama przegubowa, oparta na stopach fundamentowych, jest niewrażliwa na nierównomierne osiadanie.

RYGLE - pracują na zginanie i ścinanie, przekrój zwykle prostokątny szerokość ½ do ¼ h , h co najmniej równa 1/15 rozpiętości. Otwory w ryglach należy wykonać w połowie rozpiętości (decydują siły poprzeczne). Prefabrykowane rygle współpracujące z nadbetonem - dwa typy strzemion, aby zapewnić współpracę : I typ - strzemiona dla prefabrykowanej części rygla, II typ strzemiona dla łącznej wysokości rygla po wykonaniu nadbetonu.

SŁUPY - ściskane mimośrodowo ( N i M. - wynikają głównie z monolit. połącz. z ryglami i stopami), przekrój kwadratowy lub prostokątny. Prefabrykowane słupy w budynkach jednokondygnacyjnych do 7 m - przekrój prostokątny lub liniowo zmienny, powyżej 7 m dwuteowy, a w budynkach wielokondygnacyjnych przekrój kwadratowy lub prostokątny o wysokości jednej lub dwóch kondygnacji. W ramach obciążonych suwnicami wykonuje się krótkie wsporniki.

WĘZŁY, ZAŁAMANIA I NAROŻA RAM - należy tak konstruować, aby pręty zbrojeniowe rozciąganej strefy nie miały tendencji do wyrywania się - w zależności od rodzaju węzła należy wykonać odpowiednie wygięcie i zakotwienie prętów oraz stosować strzemiona.

RAMY PREFABRYKOWANE składają się z oddzielnych elementów ( słupy, rygle) scalane w ustrój ramowy na budowie lub gotowych segmentów ramowych.

Połączenia elementów. - 1) w węzłach ram dzięki czemu elementy mają mniej skomplikowany kształt, ale połączenie w przekrojach o dużych M i Q .

- 2) w miejscach występowania najmniejszych M, ale wtedy skomplikowany kształt elementów.

Połączenia powinny być tak skonstruowane, aby zapewniły ustrojowi charakter pracy ramy, powinny być możliwie proste, aby ich wykonanie nie stwarzało trudności technologicznych. Przykłady połączeń Kobiak Rozdz. 11.2.5-11.2.7.

II.40 Fundamenty żelbetowe.

• Fundamenty płytkie (bezpośrednie) - ławy, stopy, fundamenty rusztowe, płytowe, skrzyniowe (wyk. gdy grunt niejednorodne zmiennym modułem ściśliwości, duże obciążenia.)

• Fundamenty - pale, studnie, kesony - stosowane, gdy o wymaganej wytrzymałości na większej głębokości

SGN obejmuje: wypieranie podłoża przez pojedynczy fragment lub przez całą budowlę usuwisko lub zsuw fundamentu lub podłoża wraz z budowlą (posadowienie na zboczu) przesunięcie w poziomie posadowienia fundamentu lub głębszych warstwach podłoża.

SGU obejmuje: średnie osiadanie fundamentów budowli, przechylenie budowli jako całości lub jej części wydzielonej dylatacjami, wygięcie (ugięcie) budowli jako części między dylatacjami, różnica osiadań fundamentu.

Podstawowy warunek przy sprawdzaniu SGN:
lub
(1)

- obliczeniowe obciążenie działające na podstawę fundamentu w kN (uwzględniając najniekorzystniejsze zestawienie oddziaływań od obciążenia stałego i zmiennego, parcia gruntu, wód gruntowych, obciążenie od sąsiednich fundamentów)

- obliczeniowy opór graniczny podłoża gruntowego przeciwdziałający obciążeniu
w kN (zależy od wielkości parametrów geotechnicznych wielkości podstawy fundamentu, sposobu jego obciążenia)

- obliczeniowe obciążenie jednostkowe podłoża pod fundamentem w kN/m^2

- obliczeniowy opór jednostkowy jednowarstwowego podłoża pod fundamentem w kN/m^2

m - współczynnik korekcyjny zależny od metody ustalania parametrów geotechnicznych

W przypadku gdy spełnione są powyższe warunki, wymiary fundamentu określa się przyjmując liniowy rozkład
.

• Obliczenie obciążenia pionowo działającego na fundament osiowo lub na mimośrodzie
  

• Pozioma składowa obciążenia nie przekracza 10% składowej pionowej

• Budowla nie jest usytuowana na zboczu, obok niej nie projektuje się wykopów

(2)

(3)

Wymiary podstawy fundamentu należy tak zaprojektować, aby wypadkowa sił od obliczeniowego obciążenia stałego i zmiennego długotrwałego nie wychodziła poza rdzeń podstawy fundamentu
, a od wszystkich obciążeń obliczeniowych powstała szczelina o zasięgu c (dla fundamentu o podstawie prostokąta i momencie zginającym w jednej płaszczyźnie

Jeżeli fundament jest obciążony siłą pionową i siłą poziomą (równoległą do boku B) to sprawdza się warunek
.We wzorze na
przyjmuje się zredukowaną szerokość podstawy fundamentu

ŁAWY FUNDAMENTOWE: - żelbetowe stosuje się, gdy obliczona wysokość ławy betonowej jest zbyt duża. Jeśli posadowienie na warstwie chudego betonu otulina - 5cm, w przeciwnym razie - 7cm. Obliczenie ławy żelbetowej - określenie jej szerokości, zaprojektowanie zbrojenia na zginanie wsporników ławy oraz ewentualne obliczenie zbrojenia na ścinanie.

Szerokość ławy określa się z warunku
lub
, przyjmując L=1.0m;
;Gdy L>5B to B/L=0

- obliczeniowy ciężar ławy i gruntu spoczywającego na jej odsadzkach w kN.

- wypadkowa siła obliczeniowa przekazywana ze ściany na ławę o dł. L=1.0m, w kN.

Wysokość ław - określa się ekonomicznym stopniem zbrojenia wsporników ławy ( h - zależy od klasy betonu i klasy stali ). Zakłada się wysokość h i oblicza potrzebny przekrój zbrojenia, moment zginający oblicza się dla wspornika o wysięgu d i przekroju Lxh. Obliczone zbrojenie układa się prostopadle do osi podłużnej ławy, stosuje się podłużne pręty i strzemiona jak na rysunku. Ław nie zbroimy na ścinanie, gdy
sprawdzany w przekroju 1-1.

RYSUNEK

STOPY FUNDAMENTOWE - stosowane, gdy ze względu na kąt rozchodzenia się naprężeń wysokość stopy betonowej była zbyt duża i podstawa stopy betonowej byłaby zbyt mała ze względu na kąt rozchodzenia się naprężeń ściskających.

Stopy obciążone osiowo - podstawa kwadratu,

Stopy obciążone mimośrodowo - niesymetryczne,

Stopy prefabrykowane - kielichowe

Wymiary podstawy stopy B i L określa się metodą kolejnych przybliżeń
. Wysokość stopy żelbetowej przyjmuje się z warunku na przebicie lub zakotwienia prętów pionowych.

Przyjmuje się prostoliniowy rozkład naprężeń jednostkowych w gruncie pod stopą. Stopy wymiaruje się na zginanie oraz główne siły rozciągające, docisk (gdy wytrzymałość betonowej stopy jest mała w porównaniu do wytrzymałości obciążających ją słupów). Najczęściej stosowaną metodą obliczania stóp jest metoda wydzielonych wsporników - podział stopy na cztery niezależne bryły o podstawie trapezu, traktowane jako wsporniki zginane obciążone reakcją gruntu. Zbrojenie oblicza się jak dla elementu zginanego pojedynczo zbrojonego
. W przypadku gdy siła N_rs działa na mimośrodzie e<L/6 obliczamy obciążenie jednostkowe w gruncie pod stopą wg wzorów (2) i (3). Dla ułatwienia wyznaczenia momentów zginających przyjmuje się dla trapezów jako równomiernie rozłożone na całej powierzchni q_ro. W przypadku obciążenia mimośrodowego należy ustalić mimośród
działania siły względem osi słupa, następnie mimośród siły pionowej względem środka postawy stopy e' .

UWAGA: - przy określaniu obliczeniowych obciążeń jednostkowych na podłoże gruntowe przyjmuje się siłę N _r z uwzględnieniem ciężaru fundamentu oraz spoczywającego na nim gruntu. Na określenie warunków wytrzymałościowych nie wpływa ani ciężar fundamentu ani ciężar obciążającego go z góry gruntu, gdyż te składowe obciążenia znoszą się z oddziaływaniem podłoża od tych obciążeń i nie wpływają na odkształcenia obliczanych elementów fundamentu.

ŚCIANY OPOROWE: - to konstrukcje przeznaczone do powstrzymania parcia gruntu, materiałów sypkich (węgiel, koks itp.). Rozróżniamy ściany: - masywne (betonowe, z kamienia), - lekkie (żelbetowe a tekże częściowo sprężone).

Rodzaje ścian oporowych:

Masywne

W zależności od sposobu zabezpieczenia ścian można je podzielić na:

• ściany oporowe zwykłe, które są w stanie własnym ciężarem zapewnić stateczność

• ściany oporowe z płytami odciążającymi

Płytowo - kątowe

W zależności od sposobu zabezpieczenia stateczności rozróżniamy ściany:

• zwykłe, których stateczność zapewnia płyta fundamentowa

• z elementami odciążającymi, których stateczność zapewnia parcie gruntu działającego na te elementy ( odciągi )

- Ściany z odciągami - odciągi kotwione w gruncie zabezpieczają ścianę przed obrotem i przesuwem.

- Płytowo żebrowe

Określenie obciążeń działających na ściany oporowe

- G_g - od ciężaru gruntu spoczywającego na odsadzkach ściany /iloczyn objętości i ciężaru objętościowego gruntu - wartość charakterystyczna / współczynniki obciążenia dla: gruntów rodzimych
; gruntów nasypowych

- G_b - ciężar własny ściany

- E`_c - parcie naziomu

- E``_c - parcie czynne (poziome) wywołane parciem gruntu /trójkątny wykres/

- E_b - parcie bierne (odpór gruntu)

-
- tarcie między podeszwą fundamentu i gruntem

-
- parcie odporem gruntu na płytę fundamentową ściany oporowej

Parcie poziome:

STATYKA ŚCIAN OPOROWYCH:

Obliczenia sprawdzające ogólną stateczność ścian oporowych należy wykonywać przy założeniu walcowych powierzchni poślizgu stosując metodę Felleniusa lub Bishopa.

Obliczenia dotyczą:

1. Stateczności na obrót względem najbardziej obciążonej krawędzi podstawy fundamentu.

2. Stateczność na przesunięcie ze ścięciem poziomym lub ukośnym.

Ad.(a). Uproszczone sprawdzenie stateczności ściany oporowej na obrót względem krawędzi podstawy fundamentu polega na sprawdzeniu warunku:

M_or - moment wszystkich sił obliczeniowych powodujących obrót ściany (moment wywracający)

M_ur - moment wszystkich sił obliczeniowych przeciwdziałających obrotowi ściany (moment utrzymujący)

m_o - zależnie o obciążenia naziomem: gdy
, w pozostałych przypadkach m_o=0.9

Ad.(b). Uproszczone sprawdzenie stateczności ściany oporowej na przesunięcie przeprowadza się gdy obliczeniowy kąt nachylenia (w stosunku do pionu) wypadkowej obciążenia działającego w podstawie fundamentu ściany jest większy niż obliczeniowy kąt tarcia wewnętrznego
gruntu obciążającego ścianę.

W tym przypadku należy sprawdzić:

Q_tr - obliczeniowa wartość składowej stycznej (poziomej) obciążenia w płaszczyźnie ścięcia.

Q_tf - suma rzutów na płaszczyznę ścięcia wszystkich sił obliczeniowych przeciwdziałających przesunięciu ściany.

m_t - zależnie o obciążenia naziomem: gdy
, w pozostałych przypadkach m_t=0.9

Tarcie T = p * f

f - współczynnik tarcia pomiędzy podeszwą fundamentu a gruntem, zależy od rodzaju i wilgotności gruntu

(w Polsce około 0.55-0.10)

p - pionowa składowa obliczeniowego obciążenia podłoża

Zasady zbrojenia.

Ściany żelbetowe kątowe do

Zwykłe kątowe nie przekraczają 1.5m (w rowach odwadniających)

Gr. pionowej płyty w najcieńszym miejscu 10cm, a w miejscu połączenia płyty pionowej z płytą fundamentową około 15cm (1/12 - 1/15h)

Gr. płyty poziomej min.15cm i nie mniej niż grubość płyty pionowej u nasady

Należy stosować skosy. Szerokość podstawy ½ - 3/5h

Ściany kątowe z wysuniętą odsadzką 0.2-0.3 długości płyty fundamentowej.

Ściany płytowo żebrowe:

Rozstaw żeber - 3.5-5.0m

Minimalna szerokość żeber - 25cm

Grubość płyty pionowej - 1/9 - 1/15 odstępu żeber

Grubość płyty fundamentowej - przynajmniej grubość płyty pionowej przy fundamencie (1/10-1/15h), na końcach wsporników 1/15-1/20h_pł.

Jeżeli rozstaw żeber jest nie większy od dwukrotnej ich wysokości to płytę pionową można obliczać jako dwukierunkowo zbrojoną (utwierdzoną na trzech krawędziach)

Jeśli płytę liczymy jako ciągłą:

• dla każdej strefy z wyjątkiem najniżej przylegającej do płyty fundamentu przyjmujemy obciążenie równe rzeczywistemu obciążeniu w środku wysokości strefy

• dla pasma dolnego - obciążenie zredukowane do połowy wartości średniego działającego tu pasma.

Płytę pionową zbroi się jako ciągłą natomiast w pasie dolnym dodatkowe zbrojenie pionowe potrzebne do przeniesienia momentów utwierdzenia w płycie fundamentowej. W przybliżeniu można przyjąć że obciążenie parciem gruntu działające na części płyty wydzielonej dwusiecznymi kątów naroży wywołuje moment utwierdzenia.

Żebra - projektujemy jako wsporniki o przekroju T i zmiennej wysokości

Obliczone zbrojenie umieszcza się w tylnej powierzchni żeber kotwiąc je w płycie dolnej. Płytę pionową należy kotwić w żebrach za pomocą strzemion zamkniętych obejmujących cały przekrój żebra.

Strzemiona należy tak zaprojektować, aby można było przenieść z płyty na żebra całkowitą siłę odrywającą wywołaną parciem gruntu.

---