PROJEKT BUDOWLANY PIERWSZEGO ETAPU REALIZACJI ODCINKA ZACHODNIEGO II LINII METRA W WARSZAWIE TUNEL SZLAKOWY D08 TOM II PROJEKT ARCHITEKTONICZNO-BUDOWLANY TOM II/3 KONSTRUKCJA WENTYLATORNI V08 Z POMPOWNIĄ SZLAKOWĄ OBLICZENIA STATYCZNO WYTRZYMAŁOŚCIOWE ( wyciąg z obliczeń stron 46 ) mgr inŝ. Franciszek Ryszard Misiurek mgr inŝ. Urszula Gawlewicz mgr inŝ. Ewa Zawada 1
SPIS ZAWARTOŚCI OBLICZEŃ STATYCZNO WYTRZYMAŁOŚCIOWCH 1. Obliczenia stateczności na wypływanie wentylatorni V08 2. Obliczenia stateczności dna wykopu wentylatorni V08 3. Obliczenia ścian szczelinowych w fazach realizacji i docelowej 3.1. Obliczenia palościanki berlińskiej zabezpieczenie wykopu w wstępnego 3.2. Obliczenie ścian szczelinowych fazy 1-7 realizacyjne, faza 8 docelowa 4. Obliczenia konstrukcji monolitycznych wentylatorni stropów i płyty fundamentowej programem ABC Płyta 6 w fazach realizacji i docelowo 4.1 Obliczenia stropu zewnętrznego wentylatorni faza docelowa 4.2 Obliczenia stropu zewnętrznego wentylatorni faza realizacji 4.3 Obliczenia płyty stropu w poziomie 1 wentylatorni faza docelowa 4.4 Obliczenia płyty stropu w poziomie 1 wentylatorni faza realizacji 4.5 Obliczenia płyty stropu w poziomie 2 wentylatorni faza docelowa 4.6 Obliczenia płyty stropu w poziomie 2 wentylatorni faza realizacji 4.7 Obliczenia płyty dennej wentylatorni faza docelowa 4.8 Obliczenia płyty dennej wentylatorni faza realizacji 2
1. STATECZNOŚĆ NA WYPŁYWANIE WENTYLATORNI SZLAKOWEJ V08 1.1. Obliczenia stateczności na wypływanie konstrukcji wentylatorni V08 Podstawowe dane gabarytowe obiektu: Rzędna PGS w obiekcie - 15.90 m n 0 W. Rzędna spodu pł. dennej - 13.75 m n 0 W. Rzędna wierzchu stropu - 33.20 m n. 0 W. Rzędna terenu na obiektem śr. ~34.80 m n. 0 W. Rzędna poziomu wody gruntowej 27.00 m n. 0 W Wentylatornia V8 w rzucie kształt trapezu o wymiarach w świetle dł.-22.32 m, szer.- 10.78-11.64 m, obudow. ścianami szczelinowymi grubości 1.0 m. 1.1. Siły wyporu ( W ) Objętość obiektu poniŝej poziomu wody gruntowej H w = 27.00 13.75 = 13.25 m ; V= 05 x ( 12.78+13.64) x 24.32 x 13.25 = 321.3 x 13.25 = 4257 m 3 Wypór wody: W = 4257 x 10 =24 570 kn 1.2. Siły balastujące obiekt - cięŝary ( U ) 1.2. 1. ściany szczelinowe ( na wysokości obiektu do poziomu spodu dna ) cięŝar pomniejszony o 4 otwory wejściowe dla tuneli drąŝonych g= 4 x Pi x 2.7 2 x 1 x 25 = 2300 kn g ś = [19.40 x ( 13.64+12.78 + 2 x 22.32)] x 25 = 34460-2300 =... 32160 kn 1.2.2. Strop górny (cięŝar pomn.o otwór g o = 4.6x4.5 x 0.85 x 25 = 440 kn g sz = 0.5 x ( 10.78+11.64 )x 22.32 x 0.85x25 = 250 x 0.85x25 =.5310-440=...4870 kn 1.2.3. Stropy pośrednie ( pomniejszony o otwory ) g sp = (2x250 2x20) x 0.5 x 25 =... 5750 kn 1.2.4. płyta denna g d = 250 x 1.1 x 25 =...6870 kn 1.2.5.Zasypka - grubość średnia ~1.6 m g z = 1.6 x 320 x 19 =...9730 kn suma cięŝarów bez zasypki( 1.2.5 ) 49650 kn 1.3. Stateczność na wypływanie konstrukcji n = 0.9 x U / 1.1 x W > 1.0 n = 0.9 x 49 650 / 1.1x 24570= ~ 1.65 >> 1.0 3
Przyjęto w bilansie sił utrzymujących i wyporu fazę stanu surowego konstrukcji po przejeździe obu tarcz przez przestrzeń szybu bez zasypki na stropie. CięŜar ścian szczelinowych uwzględniono tylko do spodu pł. dennej. Wielkość zagłębienia ścian szczelinowych poniŝej dna wykopu nie ma Ŝadnego wpływu na bardzo dobrą stateczność w zakresie odporności obiektu wentylatorni na wypływanie. 2. STATECZNOŚĆ DNA WYKOPU WENTYLATORNI V08 2.1.Obliczenia stateczności dna wykopu w fazie realizacji wentylatorni V08 i niezbędnej grubości warstwy tamującej JET przegrody hydraulicznej. Rzędna spodu pł. dennej - 13.75 m n 0 W. Rzędna poziomu wody gruntowej 27.00 m n. 0 W Sprawdzenie stateczności dna wykopu przy realizacji wentylatorni V08 określono przyjmując załoŝenie warstwy tamującej ( korka ) na głębokości 1.0 m poniŝej spodu płyty dennej. γ w =10 kn/m 3 - cięŝar jedn. wody ; γ g =19 kn/m 3 - cięŝar jedn. gruntu warstawa IIc; γ J = 22.5-23 kn/m 3 - cięŝar jedn. warstwy jetu ; Bilans sił wyporu groŝących przebiciem hydraulicznym dna - i balastujących. Przyjęto załoŝenie obniŝenia poziomu wody gruntowej ~ 0.5 m poniŝej dna do rzędnej 13.30 m n 0 W. Hw = 27.00 13.30 = 13.70 m Niezbędną grubość warstwy JET gwarantującej stateczność dna z uwagi na przebicie hydrauliczne określamy wg wzoru n > 0.9 x B / W > 1 ; 0.9 ( 1.0 x γ g + X x γ J ) > γ w ( Hw + 1.5 + X ) 0.9 ( 1.0 x 19 + X x 22.5 ) > 10 ( 13.30 +1.0 + X ) 0.9 ( 1.0 x 19 + X x 23 ) > 10 ( 13.30 +1.0 + X ) Stąd grubość warstwy Jet X = ~ 12, 20 m -11.8 m- wierzch warstwy na rzędnej 12.70 m n 0 W Spód warstwy Jet na rzędnej + 0.50 m - +0.9 n 0 W. Wynikające stąd niezbędne zagłębienie ścian szczelinowych z uwagi na nierozprzestrzenianie się Jetu w środowisku gruntowym spód ściany 0.5 m poniŝej spodu Jetu wynosi = ~13.80 13.50 m. 4
3. OBLICZENIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH WENTYLATORNI V08 W FAZACH REALIZACJI I DOCELOWEJ 3.1. Obliczenie pali ścianki berlińskiej zabezpieczającej wykop powyŝej spodu wieńca stropu zewnętrznego obiektu Wysokość pala ścianki berlińskiej utwierdzonej w ścianie szczelinowej - 3.10m ObciąŜenie pala parciem gruntu > Parcie max = K a x h x γ, K a = tg 2 ( 45 φ/2 ) = tg 2 ( 45 18/2 ) = 0.52 Parcie w poziomie utwierdzenia pala P = 0.52 x 20 x 3.10 = 32.24 kn/m Moment zginający ściankę berlińską M= 0.5 x 32.24 x 3.1 x 1/3 x 3.1 = 52 knm/ m Rozstaw pali w ściance berlińskiej a= 2.0 m. Moment zginający pojedynczy pal M P = 52 x 2.0 = 104 knm / pal x 1.3 =135 knm Siła ścinająca pal T = ( 0.5 x 32.24 x 3.1 ) x 2.0 = 100 kn /pal x 1.3 = 130 kn Sprawdzenie przekroju pala: σ = M / W R W = M / R gdzie W- niezbędny wskaźnik wytrz. dla pala W= 135 / 215 (stal-st3sx) = 0.628 = 628 cm 3 - I 400 =W=1460 cm 3 Przyjąć pale I 400 w rozstawie co 2.0 m ObciąŜenie ściany szcŝelinowej palami ścianki berlińskiej zakotwionymi w ścianie : M= 135 /2.0 m = ~68 knm/m T= 130 / 2.0m = ~65 kn/m ObciąŜenia naziomu od sąsiadującej zabudowy Budynek Rabsztyńska 4 - obciąŝenie na głębokości 2.0 m p.p.t. ObciąŜenie na 1mb ławy fundamentowej. - ława fundamentowa - 0.5 x 0.8 x 25 = 10 kn/m - stropy 5 x 0.2 x 25 x 6 = 150 kn/m 5 x 1.50 x 6 = 45 kn/m - ściana piwnic 0.65 x 3 x 20.0 = 39 kn /m - pozostałe ściany - 4 x 2.70 x 0.45 x 20 =97 kn/m. -------------------------------------- Oszacowane obciąŝenie przekazywane przez ławę na grunt wynosi : = 341 kn/m cięŝar gruntu do spodu fundamentu 2.0 x 20 = 40 kn/m2 - przyjete obć naziomu =15 kn/m2 5
Zredukowane obciąŝenie ---- 341-55 =286 kn/m2 3.2. OBLICZENIE ŚCIANY SZCZELINOWEJ WENTYLATORNI VO8. ZałoŜenia do obliczeń. - warunki geotechniczne - wg opracowania geotechnicznego. - zagłębienie wentylatorni wg profilu. rzędna terenu - 34.20 m rzędna wierzchu stropu 33.25m - poziom wody gruntowej wg geotechniki 27.00 m ZałoŜono wykop wstępny głębokości 0.50m zdjęcie warstw nawierzchni. - Geometria przekroju wg rysunku - Ściany szczelinowe grubości 1.0 m - Stropowa metoda realizacji - Woda będzie obniŝana w obrębie wykopu ograniczonego ścianami szczelinowymi. - W poziomach posrednich ( między stropami docelowymi ) w fazach realizacji zaprojektowano dodatkowe rozpory czasową z rur stalowych Ф 711/12.5 mm. - W poziomach -20.0 oraz -25.0 zaprojektowano rozpory z jet groutingu. - Strop zewnętrzny jest monolitycznie związany ze ścianami szczelinowymi, rozparcia pozostałymi stropami przegubowe. NajbliŜsza zabudowa obciąŝająca naziom w liczonym przekroju : - budynek Rabsztynska 4 Geometria rozpór : 4 strop zewnętrzny : EF = 0.95 x 1.0 x 32x10 6 = 3.04 x 10 7 kn/m EJ = ( 1.0 x 0.95 3 /12) x 32 x 10 6 = 2.286 x 10 6 knm 2 /m 5 stropy pośrednie : EF = 0.5 x 1.0 x 32 x 10 6 = 1.6 x 10 7 kn/m EJ = ( 1.0 x 0.5 3 /12 )x 32 x 10 6 = 3.33 x 10 5 knm 2 /m 6 rozpora stalowa : EF = 0.0274 x 2x10 8 = 5.48 x 10 6 / 3.0m = 1.83 x 10 6 7 kn/m EJ = 0.00167 x 2 x 10 8 = 3.35 x 10 5 / 3.0 m = 1.12 x 10 5 knm 2 /m 7 płyta denna : EF = 1.1 x 1.0 x 32x 10 6 = 3.52 x 10 7 kn/m EJ = ( 1.0 x 1.1 3 /12 ) x 32x 10 6 = 3.55 x 10 6 knm 2 /m 8 Jet- grouting : EF = 1.0 x 27 x 10 6 = 27 x 10 6 kn/m EJ = 1/12 x 27 x10 6 = 2.25 x 10 6 knm 2 /m W fazach realizacji górę ściany szczelinowej obciąŝono siłami reakcji od oddziaływania ścianki berlińskiej utrzymującej wykop powyŝej stropu zewnętrznego stacji. Obliczenia pracy ściany w fazach realizacji i docelowej przeprowadzono programem GGU- RETAIN. Obliczenia w fazach realizacji przeprowadzono dla parcia czynnego, a w fazie docelowej dla parcia spoczynkowego. 6
FAZA 1 7
FAZA 2 8
FAZA 3 9
FAZA 4 10
FAZA 5 11
FAZA 6 12
FAZA 7 13
FAZA 7 ( 2 ) - ( gdy nad iłami plioceńskimi są piaski grube ), w warunku podparcie stopy 14
FAZA 7 (3) - ( gdy nad iłami plioceńskimi są piaski grube ), w warunku utwierdzenie stopy 15
FAZA 8 - docelowa 16
FAZA 8 (2) docelowa -( gdy nad iłami plioceńskimi są piaski grube ), w warunku podparcia stopy 17
FAZA 8 (3) docelowa gdy nad iłami plioceńskimi są piaski grube ), w warunku utwierdzenie stopy 18
Długość ścian szczelinowych będzie uzaleŝniona od potwierdzenia warunków gruntowych poniŝej poziomu -27 m. Przy potwierdzeniu poniŝej poziomu 25 istnienia piasków grubych ściany mogą być krótsze a stateczność dna wykopu w fazie realizacji obiektu będzie uzyskana poprzez wykonanie warstwy jet-groutingu. Długość całkowita ścian w zaleŝności od warunków podparci / utwierdzenia stopy ściany w gruncie wyniosłaby ~33.40 / ~38.8 m. W przypadku nie potwierdzenia nośnych gruntów poniŝej poziomu 27 m ściany szczelinowe będą sięgały do warstw iłów plioceńskich będą w nie zagłębione na ok. 2.0 m. Warstwa iłów będzie zamykać pod dnem dopływ wody do wnętrza wykopu. Długość całkowita ścian wyniosłaby ~ 44.50 m. 4.0 OBLICZENIA KONSTRUKCJI MONOLITYCZNYCH WENTYLATORNI STROPÓW PŁYTY FUNDAMENTOWEJ PROGRAMEM ABC PŁYTA 6 W FAZACH REALIZACJI I DOCELOWO ZałoŜenia do obliczeń płyty stropów obiektu wentylatorni oraz płytę denną obliczono programem ABC PŁYTA 6. strop zewnętrzny i pośrednich obliczono jako płytę monolitycznie podpartą na obrzeŝnych ścianach szczelinowych i na ścianie wewnętrznej stropy pośrednie obliczono jako płyty przegubowo podparte w bruzdach ścian szczelinowych i monolitycznie na ścianie wewnętrznej; płytę denną obiektu obliczono na podłoŝu podatnym ( Winklera ) ze zróŝnicowaniem parametru podatności ( c ) dla płyty, ścian szczelinowych i baret; w schematach obciąŝeń płyty fundamentowej zsumowano reakcje pionowe podpór z obliczeń płyt stropowej i pośrednich w poz. 1 i 2 ;wyŝszych kondygnacji; płyty obliczono dla fazy docelowej i realizacyjnej; w fazie realizacji stropy oparto na ścianach szczelinowych i na 4 tymczasowych słupach z profili stalowych dwuteowych ( HEB) 4.1 OBLICZENIA STROPU ZEWNĘTRZNEGO WENTYLATORNI FAZA DOCELOWA Obliczenia płyty stropowej went.v08, docelowy układ obciąŝeń plik ABC STROPV8 dane: podpora ściana szczelinowa b = 100 cm ; h = 18.5 m; - monolityczna ściana wewnętrzna b = 30 cm, h = 8,8 m grubość stropu zmienna od 90-100 cm Schematy obciąŝeń Obc. char. - wsp. obc. - γ S1- c. własny stropu - (1.35) S2- obciąŝenie zasypką 2x19 =38 kpa (1.35) S3 obciąŝenie liniowe cięŝarem trzonu czerpnio- wyrzutni 51,5 kn/ mb (1.35) Z1- Z2 zmienne od pojazdu S 400 kn 12 kpa (1.50) Rozkład obciąŝenia od pojazdu poprzez warstwę zasypki gr 2.0 m po kątem 60 º 19
Układ osi pojazdu- patrz rys. 6 normy PN-85 /S-10030 obciąŝenie równomiernie rozłoŝone q= 400/ (2,35+2x1.15) x (5,00 +2x1,15)= 11.75 = 12 kpa Geometria płyty ObciąŜenia płyty 20
Wykresy momentów zginających 21
Zbrojenie płyty 22
4.2 OBLICZENIA STROPU ZEWNĘTRZNEGO WENTYLATORNI FAZA REALIZACJI Obliczenia płyty stropowej went.v08, układ obciąŝeń stan realizacji plik ABC STROPV8REAL dane: -podpora ściana szczelinowa b=100 cm ; h = 18.5m; -stalowe słupy tymczasowe przyjęto słupy Ŝelbetowe 50x50 cm h=8.8 m zmienna od 90-100cm Schematy obciąŝeń Obc. char. -wsp. obc. - γ S1- c. własny stropu - (1.35) S2- obc. stałe techno. 5 kpa (1.35) Z1- Z9 zmienne techno. 5 kpa (1.50) -grubość stropu Geometria płyty 23
ObciąŜenie zmienne technologiczne Wykresy momentów zginających 24
Zbrojenie płyty 25
4.3 OBLICZENIA PŁYTY STROPU W POZIOMIE 1 FAZA DOCELOWA plik ABC STROP-1V8 dane: - płyta stropu w poz.-1 gr. 50 cm przegubowo podparta na śc. szczelin- w bruzdach ściany -podpora ściana szczelinowa b = 100 cm ; h = 6 m ( góra ) 5.8 m (dół ); monolityczna ściana wewnętrzna b = 30 cm h = 6 m ( góra ) 5.8 m (dół ); - Schematy obciąŝeń Obc. char. - wsp. obc. - γ S1- c. własny stropu - (1.35) S2- c. warstw na stropie. 2,5 kpa (1.35) S3- c. went. z fund. na stropie. 13,7 kpa (1.35) S4- c. tłumików na stropie. 8,0 kpa (1.35) Z1- Z6 zmienne technol. 5,0 kpa (1.50) Geometria płyty 26
ObciąŜenia płyty Wykresy momentów zginających 27
Zbrojenie płyty 28
4.4 OBLICZENIA PŁYTY STROPU W POZIOMIE 1 FAZA REALIZACJI plik ABC STROP-1V8REAL Dane: -podpora ściana szczelinowa b = 100 cm ; h = 6 i 5,8 m; -stalowe słupy tymczasowe przyjęto słupy Ŝelbetowe 50x50 cm h=6 i 5.8 m -grubość stropu zmienna 50cm przegubowo podparty w bruzdach śc. szczelinowej Schematy obciąŝeń Obc. char. - wsp. obc. - γ S1- c. własny stropu - (1.35) S2- obc. stałe techno. 3 kpa (1.35) Z1- Z 9 zmienne techno. 3 kpa (1.50) Geometria płyty 29
ObciąŜenia płyty Wykresy momentów zginających 30
Zbrojenie płyty 31
4.5 OBLICZENIA PŁYTY STROPU W POZIOMIE 2 FAZA DOCELOWA plik ABC STROP-2V8 dane: - płyta stropu w poz.-1 gr. 50 cm przegubowo podparta na śc. szczelin- w bruzdach ściany -podpora ściana szczelinowa b = 100 cm ; h = 6 m (góra) 5.8 m (dół ); - monolityczna ściana wewnętrzna b = 30 cm h = 6 m (góra) 5.8 m (dół ); - monolityczna ściana wewnętrzna b = 540 cm 6.0 m (dół); - Schematy obciąŝeń Obc. char. - wsp. obc. - γ S1- c. własny stropu - (1.35) S2- c. warstw na stropie. 2,5 kpa (1.35) S3- c. tłumików na stropie. 8,0 kpa (1.35) Z1- Z6 zmienne techno. 5,0 kpa (1.50) Geometria płyty 32
ObciąŜenie płyty Wykresy momentów zginających 33
Zbrojenie płyty 34
4.6 OBLICZENIA PŁYTY STROPU W POZIOMIE 2 FAZA REALIZACJI plik ABC STROP-2V8REAL dane: -podpora ściana szczelinowa b=100 cm ; h = 6 i 5.8 m; -stalowe słupy tymczasowe przyjęto słupy Ŝelbetowe 50x50 cm h=6 i 5.8 m -grubość stropu zmienna 50cm przegubowo podparty w bruzdach śc. szczelinowej Schematy obciąŝeń Obc. char. - wsp. obc. - γ S1- c. własny stropu - (1.35) S2- obc. stałe techno. 3 kpa (1.35) Z1- Z9 zmienne techno. 3 kpa (1.50) Geometria płyty 35
ObciąŜenie płyty Wykresy momentów zginających 36
Zbrojenie płyty 37
4.7 OBLICZENIA PŁYTY DENNEJ FAZA DOCELOWA plik ABC DNO V8 dane: - płyta denna gr. 110 cm przegubowo podparta na śc. szczelin-w bruzdach ściany i na baretach stanowiących podparcie dla słupów tymczasowych - płyta oparta na podłoŝu podatnym ( Winklera) podatność - 25 M pa/m - podatność pod ścianami 120 Mpa/m, pod baretami 60 Mpa /m - ściany szczelinowe i barety szer b=100 cm, przyjęto obliczeniowo wysokość ściany h = 2 m, baret nie definiowano jako podpory jedynie przez zmianę podatności; - W schematach obciąŝeń S2 i Z 1-2 uwzględniono zsumowane obciąŝenia stałe i zmienne z kondygnacji wyŝszych obciąŝające płytę obciąŝeniami opartych na płycie ścian kppa. Obc. char. - wsp. obc. - γ S1 - cięŝar własny płyty - (1.35) S2 - stałe ze stropów wyŝszej poziomów patrz schemat (1.25) S3 - nawierzchnia, warstwy wyk. patrz schemat (1.35) S4 - parcie wody 135,0 kpa (1.35) Z1,Z2 - zmienne ze stropów wyŝszych poziomów patrz schemat (1.40) Z3,Z4 - obciąŝenie pociągami metra 17,0 kpa (1.50) Z5,Z6 - zmienne technologiczne 5,0 kpa (1.50) Geometria płyty 38
ObciąŜenia płyty ObciąŜenia z wyŝszych poziomów 39
Wykresy momentów zginających 40
Zbrojenie górne Zbrojenie dolne 41
Odpory i ugięcia płyty dennej 4.8 OBLICZENIA PŁYTY DENNEJ FAZA REALIZACJI plik ABC DNOV8 REAL dane: - płyta denna gr. 110 cm przegubowo podparta na śc. szczelin-w bruzdach ściany i na baretach które stanowią podparcie dla słupów tymczasowych - płyta oparta na podłoŝu podatnym ( Winklera) podatność - 25 M pa/m - podatność pod ścianami 120 Mpa/m, pod baretami 60 Mpa /m - ściany szczelinowe i barety szer b=100 cm, przyjęto obliczeniowo wysokość ściany h = 2 m, baret nie definiowano jako podpory jedynie przez zmianę podatności; - W schematach obciąŝeń S2 i Z 1-2 uwzględniono zsumowane obciąŝenia stałe i zmienne z kondygnacji wyŝszych z fazy realizacji i obciąŝające płytę poprzez słupy tymczasowe - kppa. Obc. char. wsp. obc.- γ S1 - cięŝar własny stropu - (1.35) S2 - stałe ze stropów wyŝszych poziomów patrz schemat (1.20) Z1,Z2 - zmienne ze stropów wyŝszych poziomów patrz schemat (1.38) Z3-Z8 - obciąŝenie przesuwem tarczy patrz schemat (1.50) 42
ObciąŜenia ze stropów wyŝszych poziomów ObciąŜenia przesuwem tarczy 43
Wykresy momentów zginających 44
Zbrojenie górne Zbrojenie dolne 45
Odpory i ugięcia płyty dennej 46