Проектирование строительства промышленных зданий и подземных сооружений: методические указания к курсовому проектированию

Проектирование строительства промышленных зданий и подземных сооружений: методические указания к курсовому проектированию

Учебно-методическое пособие

Красноярск

СФУ

2012

Содержание

1 СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ЕЕ ОФОРМЛЕНИЮ... 2

2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДПОРНЫХ СТЕНАХ И СИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА НИХ.. 3

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ДАВЛЕНИЙ ГРУНТА НА СТЕНУ.. 8

3.1 Аналитический метод. 8

3.2. Графоаналитический метод (построение Понселе) 12

4 РАСЧЕТ ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ.. 13

4.1 Расчет по первой группе предельных состояний. 13

4.2 Расчет по второй группе предельных состояний. 15

5 ПРИМЕР РАСЧЕТА ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ.. 16

5.1 Исходные данные и цели расчета. 16

5.2. Анализ строительных свойств грунта под подошвой фундамента стены.. 17

5.3 Определение активного и пассивного давлений, действующих на подпорную стену. 18

5.4 Определение активного давлении графоаналитическим способом (построение Понселе) 20

5.5 Определение напряжений, действующих по подошве фундамента. 22

5.6 Расчет устойчивости стены против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента. 26

5.7 Проверка положения равнодействующей. 27

ПРИЛОЖЕНИЯ.. 28

 

 

СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ЕЕ ОФОРМЛЕНИЮ

 

Цель курсовой работы – закрепление теоретических знаний по дисциплине «Проектирование строительства промышленных зданий и подземных сооружений» и приобретение практических навыков в проектировании подпорных стен.

Курсовая работа выполняется в соответствии с заданием, приведенным в приложении к методическим указаниям. Шифр задания выдает студенту преподаватель. В задании приводятся поперечный разрез стены и ее размеры, характеристики грунта засыпки и грунта, залегающего под подошвой фундамента, а также распределенная нагрузка, находящаяся на засыпке.

Основные пункты пояснительной записки.

1. Задание на курсовую работу.

2. Анализ строительных свойств грунта под подошвой фундамента стены.

3. Построение эпюр интенсивности давления, определение активного и пассивного давлений, действующих на стену.

4. Определение равнодействующей активного давления с помощью построения Понселе.

5. Определение напряжений, действующих по подошве фундамента, и сравнение их с расчетным сопротивлением грунта.

6. Расчет устойчивости стены против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента.

7. Проверка положения равнодействующей.

Курсовая работа оформляется на листах бумаги стандартного размера А4, расчетные схемы вычерчиваются на ПК в программной среде AUTOCAD л КОМПАС.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ДАВЛЕНИЙ ГРУНТА НА СТЕНУ

 

Аналитический метод

При прямолинейных очертаниях задней грани стены и поверхности засыпки интенсивность активного давления е_а определяется по формуле:

 

е_а  = γ _зас · z · ξ_а ,                                            (3.1)

где γ _зас  - удельный вес грунта засыпки, ;

z – глубина залегания рассматриваемой точки, м, от поверхности засыпки (точка В на рис. 6), в которой определяется величина е_а;

ξ_а – коэффициент бокового активного давления грунта.

 

ξ_а  = ,                     (3.2)

где

_а = .                             (3.3)

Расшифровка параметров приведена выше в тексте и на рис. 5.

Формулы (3.2.) – (3.5) приведены для положительных значений углов ε и α. При отрицательных значениях ε и α знаки перед этими углами в указанных формулах меняются на обратные.

Расчет выполняется для 1 пог. м подпорной стены, поэтому размерность интенсивности давления - .

Величины горизонтальных е_аг  и вертикальных е_ав составляющих определяются по следующим формулам:

е_аг  = е_а · cos (ε + δ);                              (3.4)

е_ав =  е_а · sin (ε + δ);                              (3.5)

На рис. 6 представлены эпюры давлений е_а, е_аг, е_ав, и е_п при отсутствии пригрузки q на поверхности засыпки. Причем на рис. 6 а, давление показано приложенным к задней поверхности стены, а на рис. 6 (б, в и г) – условно приведенным к вертикальной плоскости. Горизонтальную штриховку на рис. 6 г не следует отождествлять с направлением действия вертикального давления.

На этом же рисунке приведены равнодействующие указанных давлений, приложенные на высоте  от подошвы стены. Величины равнодействующих определятся из следующих соотношений, кН:

Е_а  = · γ_зас · Н²  · _а;                                    (3.6)

Е_аг = Е_а· cos (ε + δ);                                       (3.7)

 

Е_ав = Е_а· sin (ε + δ).                                        (3.8)

В случае действия равномерно распределенной пригрузки q по поверхности засыпки ее заменяют эквивалентным ей по весу слоем грунта высотой

h_пр =                           (3.9)

а)               б)                в)                г)

Рис. 6. Эпюры интенсивности давления грунта на подпорную стену

 

Тогда активное давление на уровне верха стенки определится по формуле:

 

е_а1 = γ_зас · h_пр · _а ,                                          (3.10)

а в уровне подошвы –

е_а2 =  γ_зас · (h_пр + Н) · _а ,                      (3.11)

Равнодействующая трапецеидальной эпюры активного давления определится по формуле

Е_а = · Н                                     (3.12)

и будет приложена к задней поверхности стены в точке, отстоящей по вертикали от подошвы на расстоянии     

h_о =  ·                                   (3.13)

 

Положение центра тяжести эпюр интенсивности давлении может быть найдено также графически.

Вертикальная Е_ав и горизонтальная составляющая Е_аг в этом случае будут также определяться по формулам (3.7), (3.8).

Величина интенсивности пассивного давления е_п , действующего на переднюю грань фундамента подпорной стенки высотой d, определится из выражения

е_п = γ_зас · z · ξ_п ,                                     (3.14)

где z – ордината, отсчитываемая от поверхности грунта основания, м;

ξ_п – коэффициент бокового давления отпора (пассивного давления), определяемый по формуле:

ξ_п = tq² (45⁰ + ),                                 (3.15)

где φ- угол внутреннего трения грунта, лежащего в пределах глубины заложения d.

Коэффициент ξ_п  определяется по формуле (3.15) при α = 0, ε = 0 и δ = 0, т.е. упрощенно, поскольку, как упоминалось выше, реализация отпора происходит при существенных перемещениях, превышающих, как правило, предельные. Поскольку в каждом конкретном случае величина перемещения для реализации полной величины отпора неизвестна, то его величина, во – первых, определяется упрощенным способом, во – вторых, с вводом понижающего коэффициента 0,33.

Величина

Е_п =  · ξ_п .                                  (3.16)

Сила отпора приложена на высоте  от подошвы фундамента стены.

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ

 

Исходные данные и цели расчета

 

Размеры стены:

ширина поверху а = 1 м;

ширина подошвы стены b = 3м;

высота Н = 6;

высота фундамента d = 1.5 м;

угол наклона задней грани к вертикали ε = +10 .

Грунт засыпки:

песок мелкий, удельный вес γ_зас  = 18 ;

угол внутреннего трения φ = 28 ;

угол трения грунта засыпки о заднюю грани стены δ = 1 ;

угол наклона поверхности засыпки к горизонту   = + 8 .

 

Грунт под подошвой фундамента (глина):

удельный вес  γ = 21,0 ;

влажность  = 0,16;

удельный вес твердых частиц γ_s = 27,5 ;

предел текучести = 0,33;

предел раскатывания  = 0,15.

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

Задание на выполнение курсовой работы

 

Пояснения к выбору задания

 

Преподаватель выдает студенту шифр задания, состоящий из четырех цифр.

Первая цифра означает вариант размеров стены (табл. 1).

Вторая – вариант характеристик грунта засыпки (табл. 2).

Третья – вариант характеристик грунта, залегающего под подошвой фундамента (табл. 3).

Четвертая – вариант равномерно распределенной нагрузки на поверхности засыпки (табл. 4).

Например, студенту задан шифр 1234. Это значит, что студент по табл. 1 принимает  = 1 м; b = 3 м и т. д.; по табл. 2   γ_зас = 19  ; φ = 29 град и т.д.; по табл. 3 грунт – песок крупный, γ_зас = 19,8  ; ω = 0,1 и т. д.; по табл. 4    q = 50 кПа.

На рис. 11 приведено поперечное сечение подпорной стены с буквенными обозначениями размеров, значения которых следует брать из табл. 1.

Рис. 11. Поперечное сечение подпорной стены

Исходные данные для выполнения курсовой работы

Таблица 1

Размеры стены

 

Наименование	Обозна - чения	Размерность	Варианты
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Ширина по верху		м	1	1,2	1,4	1,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,4	1,6
Ширина подошвы	b	м	3	4	5	5,5	2,5	3,5	4,5	5,5	3,5	4,5
Высота	Н	м	6	7	8	10	5	6	7	9	7	8
Глубина заложения	d	м	1,5	2	2,5	3	1,5	2	2,5	3	1,5	2
Наклон задней грани	ε	град	10	8	6	4	2	0	- 2	- 4	-6	-8

 

 

Характеристики грунта засыпки

Таблица 2

 

Наименование	Обозна - чения	Размерность	Варианты
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Удельный вес	γзас	кН/м3	18	19	20	21	22	22	21	20	18	18
Угол внутреннего трения	φ	град	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37
Угол трения грунта о заднюю грань стены		град	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Наклон поверхности засыпки		град	8	6	4	2	0	- 2	- 4	- 6	- 8	- 10

 

 

Характеристики грунта под подошвой фундамента cтены

Таблица 3

 

Наименование	Обозна - чения	Размерность	Варианты
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Грунт	-	-	песок мелкий		песок крупный		супесь		суглинок		глина
Удельный вес	γ	кН/м3	18,5	19,2	19,8	19,0	20,2	20,1	18,3	21,4	21,0	21,8
Влажность		-	0,2	0,23	0,1	0,19	0,2	0,2	0,45	0,16	016	0,14
Удельный вес твердых частиц	γs	кН/м3	26,4	26,6	26,8	26,5	26,7	26,8	26,0	27,3	27,5	27,6
Предел текучести		-	-	-	-	-	0,24	0,24	0,54	0,24	0,33	0,34
Предел раскатывания		-	-	-	-	-	0,19	0,19	0,38	0,14	0,15	0,16

 

 

Таблица 4

Равномерно – распределенная нагрузка на поверхности засыпки

 

Наименование	Обозна - чения	Размеры	Варианты
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Нагрузка	q	кПа	20	30	40	50	60	60	50	40	30	20

На рис. 12 указано правило знаков для выбора положения поверхности засыпки относительно горизонта и наклона задней грани относительно вертикали. Углы  и  принимаются положительными при движении против часовой стрелки и отрицательными – при движении в противоположном направлении.

 

 

Рис. 12.  Правило знаков  и

 

Студент оформляет задание на отдельном листе бумаги согласно приведенному ниже образцу.

В задании приводятся только те исходные данные, которые соответствуют шифру, полученному от преподавателя.

Подпорная стена вычерчивается в масштабе в соответствии с заданными размерами.

Задание на проектирование подпорной стены не заменяет титульный лист курсовой работы.

 

Пример оформления

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

Кафедра «Шахтное и подземное строительство»

Дисциплина «Проектирование строительства промышленных зданий и подземных сооружений»

 

РАСЧЕТ ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ

 

Курсовая работа

Выполнил  студент ________ курса группы _________

Проверил _____________

Красноярск

Г.

 

Образец оформления задания

 

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

 

Кафедра «Шахтное и подземное строительство»

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 

«РАСЧЕТ ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ»

 

Студент _________________

Группа _________________

 Шифр __________________

Размеры стены

Грунт засыпки

Грунт под подошвой

Нагрузка

а

м

γзас

кН/м3

γ

кН/м3

q

кПа

b

м

φ

град

-

Н

м

град

γs

кН/м3

d

м

град

-

ε

град

-

 

Подпись преподавателя _______________        Дата ____________

 

 

Данные, необходимые для строительной оценки грунта

Таблица 1

Виды глинистых грунтов

 

Грунт	Число пластичности
Супесь	0,01 ≤ Ip ≤ 0,07
Суглинок	0,07 < Ip ≤0,17
Глина	Ip > 0,17

 

Таблица 2

Консистенция глинистых грунтов

 

Консистенция	Показатель текучести (консистенции) IL
Супесь:
твердая	IL < 0
пластичная	0≤ IL ≤ 1
текучая	IL > 1
Суглинок и глина
твердая	IL < 0
полутвердая	0 ≤ IL ≤ 0,25
тугопластичная	0,25 < IL ≤ 0,50
мягкопластичная	0,50 < IL ≤ 0,75
текучепластичная	0,75 < IL ≤ 1
текучая	IL > 1

 

 

Таблица 3

 

Водонасыщенность песчаных и крупнообломочных грунтов

 

Наименование по степени влажности	Степень влажности Sr
Маловлажные	0 < Sr ≤ 0,5
Влажные	0,5 < Sr ≤ 0,8
Насыщенные водой	0,8 < Sr ≤ 1

 

Таблица 4

Плотность песчаных грунтов

Виды песков	Плотность сложения песков
	плотные	Средней плотности	рыхлые
Гравелистые, крупные и средней крупности	е < 0,55	0,55 ≤ е ≤ 0,70	е > 0,70
Мелкие	е < 0,60	0,60 ≤ е ≤ 0,75	е > 0,75
Пылеватые	е < 0,60	0,60 ≤ е ≤ 0,80	е > 0,80

 

Таблица 5

Условные сопротивления R₀ глинистых (непросадочных)

грунтов в основаниях, кПа

 

Наименование грунта	Коэффициент пористости е	Показатель текучести (консистенции) IL
		0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
Супеси (при Ip ≤ 0.05)	0.5 0.7	350 400	300 250	250 200	200 150	150 100	100 -	- -
Суглинки (при 0,10 ≤ Ip ≤ 0.15)	0.5 0.7 1.0	400 350 300	350 300 250	300 250 200	250 200 150	200 150 100	150 100 -	100 - -
Глина (при Iυ ≥ 0.20)	0.5 0.6 0.8 1.1	600 500 400 300	450 350 300 250	350 300 250 200	300 250 200 150	250 200 150 100	200 150 100 -	150 100 - -

 

При значениях числа пластичности I_p  в пределах 0,05 – 0,10 и 015 – 0,20 следует принимать средние значения R₀ , приведенные в табл. 5, соответственно для супесей и суглинков и для суглинков и глин. Величину условного сопротивления R₀ для твердых глинистых грунтов (I_L < 0) следует получить у преподавателя, либо определять по формуле

 

R₀ = 1,5 ^.  R_nс

 

и принимать для супесей – не более 1000 кПа; для суглинков – 2000 кПа; для глин – 3000 кПа. R_nс – среднее арифметическое значение временного сопротивления на сжатие образцов глинистого грунта природной влажности.

 

Таблица 6

Условные сопротивления R₀ песчаных грунтов в

основаниях, кПа

 

Наименование грунта и его влажность	R0 для песков средней плотности
Пески гравелистые и крупные независимо от их влажности   Пески средней крупности: маловлажные влажные и насыщенные водой   Пески мелкие: маловлажные влажные и насыщенные водой   Пески пылеватые: маловлажные влажные насыщенные водой	350     300 250     200 150     200 150 100

 

 

Для плотных песков значения, приведенные в табл. 6 надлежит увеличивать на 100 %, если плотность определена статическим зондирование, и на 60 %, если их плотность определена другими способами, например по результатам лабораторных испытаний грунтов.

 

 

Таблица 7

Коэффициенты k₁ и k₂

Наименование грунта	k1 , м - 1	k2
Гравий, галька, песок гравелистый, крупный и средней крупности   Песок мелкий   Песок пылеватый, супесь   Суглинок и глина твердые и полутвердые   Суглинок и глина тугопластичные и мягкопластичные	0,10   0,08   0,06   0,04   0,02	3,0   2,5   2,0   2,0   1,5

 

 

Таблица 8

Коэффициент трения Ψ кладки по грунту

 

Вид грунта	Значения коэффициента
- Глины и скальные породы с омыливающейся поверхностью (глинистые известняки, сланцы и т. п.): во влажном состоянии, в сухом состоянии - Суглинки и супеси - Пески - Гравийные и галечниковые породы - Скальные породы с неомыливающейся поверхностью	0,25 0,30 0,30 0,40 0,50   0,60

 

 

Проектирование строительства промышленных зданий и подземных сооружений: методические указания к курсовому проектированию

Учебно-методическое пособие

Красноярск

СФУ

2012

Содержание

1 СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ЕЕ ОФОРМЛЕНИЮ... 2

2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДПОРНЫХ СТЕНАХ И СИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА НИХ.. 3

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ДАВЛЕНИЙ ГРУНТА НА СТЕНУ.. 8

3.1 Аналитический метод. 8

3.2. Графоаналитический метод (построение Понселе) 12

4 РАСЧЕТ ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ.. 13

4.1 Расчет по первой группе предельных состояний. 13

4.2 Расчет по второй группе предельных состояний. 15

5 ПРИМЕР РАСЧЕТА ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ.. 16

5.1 Исходные данные и цели расчета. 16

5.2. Анализ строительных свойств грунта под подошвой фундамента стены.. 17

5.3 Определение активного и пассивного давлений, действующих на подпорную стену. 18

5.4 Определение активного давлении графоаналитическим способом (построение Понселе) 20

5.5 Определение напряжений, действующих по подошве фундамента. 22

5.6 Расчет устойчивости стены против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента. 26

5.7 Проверка положения равнодействующей. 27

ПРИЛОЖЕНИЯ.. 28

 

 

СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ЕЕ ОФОРМЛЕНИЮ

 

Цель курсовой работы – закрепление теоретических знаний по дисциплине «Проектирование строительства промышленных зданий и подземных сооружений» и приобретение практических навыков в проектировании подпорных стен.

Курсовая работа выполняется в соответствии с заданием, приведенным в приложении к методическим указаниям. Шифр задания выдает студенту преподаватель. В задании приводятся поперечный разрез стены и ее размеры, характеристики грунта засыпки и грунта, залегающего под подошвой фундамента, а также распределенная нагрузка, находящаяся на засыпке.

Основные пункты пояснительной записки.

1. Задание на курсовую работу.

2. Анализ строительных свойств грунта под подошвой фундамента стены.

3. Построение эпюр интенсивности давления, определение активного и пассивного давлений, действующих на стену.

4. Определение равнодействующей активного давления с помощью построения Понселе.

5. Определение напряжений, действующих по подошве фундамента, и сравнение их с расчетным сопротивлением грунта.

6. Расчет устойчивости стены против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента.

7. Проверка положения равнодействующей.

Курсовая работа оформляется на листах бумаги стандартного размера А4, расчетные схемы вычерчиваются на ПК в программной среде AUTOCAD л КОМПАС.