Konstruktor - Ściana oporowa, część 5

Przedstawiamy kolejny moduł programu Konstruktor - "Ściana oporowa" Tak jak wszystkie programy systemu Konstruktor, może on pracować niezależnie lub jako integralna część systemu.

Program przeznaczony jest do projektowania żelbetowych ścian oporowych kątowych, zgodnie z normami PN-83/B-03010 "Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.", PN-B-03264:2002 "Konstrukcje betonowe i żelbetowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.", PN-B-81/B-03020 "Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie." Program przewidziany jest do sprawdzania nośności gruntu w poziomie posadowienia i na poszczególnych warstwach, naprężeń pod ścianką, przechylenia korony ściany, wymiarowania ściany i podstawy na zginanie, sprawdzania stateczności ogólnej i lokalnej oraz analizy osiadań żelbetowych ścian oporowych z uwzględnieniem uwarstwienia gruntu, nachylenia skarpy i wielu typów dodatkowych obciążeń zewnętrznych (naziomu dołem i górą, obciążenia ciągłego i odcinkowego, poziomych i pionowych sił skupionych). Zaleca się konstruowanie ścian oporowych kątowych o wysokości nie większej niż 6 metrów. Dla większych wysokości należy konstruować ściany oporowe żebrowe lub ściany oporowe ze wspornikiem lub płytą kotwiącą. Za pomocą programu można wykonać projekt budowlany następujących typów ściany oporowej:

• Ściana oporowa z poziomą płytą podstawy.
• Ściana oporowa z nachyloną płytą podstawy.
• Ściana oporowa z ostrogą.

W ogólnym przypadku program może wykonać następujące obliczenia i sprawdzenia:

• Sprawdzenie nośności gruntu, w poziomie posadowienia i na stropie każdej warstw gruntu zalegających poniżej, zgodnie z PN-81/B-03020.
• Wyznaczenie wartości sił wewnętrznych w ścianie, obciążonej parciem granicznym i odporem zasypki (możliwość zdefiniowania zasypki z gruntu spoistego lub niespoistego)
• Oblicza ilość zbrojenia podłużnego w punktach charakterystycznych ściany z uwagi na warunek nośności (wg PN-B03264), warunek użytkowy nieprzekroczenia dopuszczalnej szerokości rozwarcia rys prostopadłych.
• Wyznaczenie wartości sił wewnętrznych w ścianie od obciążenia równomiernego lub liniowego przyłożonego do naziomu. Możliwość zdefiniowania naziomu pod dowolnym kątem.
• Sprawdzenie stateczności na obrót i przesuw w poziomie posadowienia oraz na kolejnych warstwach. Stateczność na przesuw na pierwszej warstwie może być zwiększona przez zdefiniowanie nachylenia płyty podstawy lub zadanie ostrogi.
• Obliczenia średniej wartości osiadania pierwotnego, wtórnego oraz całkowitego ściany oporowej na podłożu warstwowym oraz wyznaczenie przechyłki zgodnie z PN-81/B-03020.

Wprowadzanie danych
Wprowadzanie danych w programie Ściana oporowa odbywa się analogicznie jak w pozostałych modułach. Rozpoczynamy od zakładki "Warunki Gruntowe", która pozwala na określenie podstawowych parametrów warstw geotechnicznych poniżej poziomu posadowienia, potrzebnych parametrów zasypki oraz innych danych związanych z posadowieniem (np. uwzględnienie wody w gruncie). Za pomocą przycisków "Dodaj/Usuń" dodajemy kolejną warstwę (maksymalnie 15 warstw), lub usuwamy zaznaczoną. Warstwy liczone są kolejno od spodu fundamentu.

Kolejna zakładka "Geometria" umożliwia zdefiniowanie niezbędnych danych geometrycznych obliczanej ścianki.

W ostatniej zakładce "Obciążenia" definiujemy występujące obciążenia liniowe oraz naziomem. Poza obciążeniami w zakładce należy określić parametry fundamentu potrzebne do jego wymiarowania takie jak: dane materiałowe, czy dane dotyczące stosowanego zbrojenia.

Obliczenia
Sprawdzenie nośności gruntu

Moduł "Ściana oporowa kątowa" sprawdza nośność gruntów zgodnie z PN-81/B-03020  "Grunty budowlane - Posadowienie bezpośrednie budowli" - Załącznik 1, dla wartości obliczeniowych sił i parametrów gruntowych. Sprawdzane są  warunki dla jednego kierunku w poziomie posadowienia oraz na podstawie przyjętego fundamentu zastępczego na stropie każdej kolejnej warstwy.

Wymiarowanie

Wymiarowanie ściany oporowej na zginanie obejmuje następujące działania programu:

• Obliczenie momentów zginających dla punktów charakterystycznych ściany. Liczbę punktów charakterystycznych program dobiera automatycznie w zależności od wysokości ściany pionowej. .
• Dla tak wyliczonego momentu i odpowiednio dobranego przekroju ustalane jest zbrojenie na zginanie. Ścianę zbroi się podobnie jak płytę jednokierunkowo zbrojoną. Zbrojenie poprzeczne jest dobierane ze względów konstrukcyjnych.
• Istnieje również możliwość doboru zbrojenia ze względu na stan graniczny użytkowania (przemieszczenie i rozwarcie rys). Program iteracyjnie dobiera zbrojenia do momentu kiedy warunki SGU zostaną spełnione. Początkowy przekrój zbrojenia jest dobierany zawsze ze względu na warunki wytrzymałościowe.

Wymiarowanie ściany oporowej na zginanie wykonywane jest metodą uproszczoną wg PN-B03264: 1999 Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone.

Stateczność

Moduł  "Ściana oporowa kątowa" sprawdza stateczność konstrukcji na obrót w poziomie posadowienia oraz na przesuw w poziomie posadowienia i na stropie każdej warstwy. Przy obliczaniu stateczności na przesuw uwzględniana jest siła tarcia fundamentu o grunt, a współczynnik  tarcia uzależniony jest od rodzaju gruntu, jego stanu (jeżeli stopień plastyczności IL > 0.25 - grunt plastyczny lub miękkoplastyczny to współczynnik tarcia m=0), oraz tego czy płyta podstawy jest gładka, czy chropowata.

Osiadanie

Obliczenia prowadzone są według metody naprężeń, zgodnie z polską normą "PN-81/B-03020. Grunty budowlane". Naprężenia pionowe w dowolnym punkcie pod fundamentem obliczanie są wg normowego wzoru Boussinesqua przy uwzględnieniu rozkładu naprężeń pod całą płytą podstawy, przy uwzględnieniu rozkładu naprężeń pod całym płytą podstawy.

Osiadania wtórne są uwzględniane tylko w przypadku gdy czas wznoszenia budowli (od wykonania wykopów fundamentowych do zakończenia stanu surowego, z montażem urządzeń stanowiących obciążenia) jest dłuższy niż 1 rok. Osiadanie w poszczególnej warstwie jest sumą osiadania wtórnego i pierwotnego. Sumowanie osiadań poszczególnych warstw w celu wyznaczenia całkowitego osiadania fundamentu przeprowadzane jest do głębokości, na której jest spełniony warunek:

W przypadku gdy głębokość wypada w obrębie warstwy geotechnicznej o module ściśliwości przynajmniej dwukrotnie mniejszym niż w warstwie geotechnicznej zalegającej bezpośrednio głębiej, to głębokość ta jest zwiększona do spągu warstwy słabszej. W ten sposób wyznaczane są osiadania dla siatki punktów równomiernie rozłożonych pod fundamentem. Następnie powierzchnia osiadań aproksymowana jest do płaszczyzny przy użyciu metody najmniejszych kwadratów. Współczynniki tej płaszczyzny są tangensami kątów obrotu względem poszczególnych osi, oraz średnim osiadaniem.