МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДВНЗ «Криворізький національний університет»

Кафедра промислового, цивільного та міського будівництва

Практичні завдання

з дисципліни: «Механіка ґрунтів, підвалини та фундаменти»

Виконала

ст. гр. МБГ-14

Супрун О. А.

Кривий Ріг

2017

Практичне завдання №1

Визначення постійних та тимчасових навантажень

на стрічкові фундаменти житлового будинку

Короткі теоретичні відомості

Основні положення та правила щодо визначення навантажень і впливів, а також їх сполучень встановлюються ДБН В.1.2-2:2006 «Навантаження і впливи».

В ході виконання практичного завдання, при проектуванні стрічкових ростверків цивільної будівлі приймаються два види навантажень: постійні і тимчасові.

До постійних відноситься вага конструкцій (стін, покриттів, перекриттів та перегородок), а до тимчасових (змінних тривалих) – рівномірно розподілені тимчасові навантаження (корисні) та вага снігового покрову.

Розрахунок основ за деформаціями проводиться на основне сполучення розрахункових навантажень, що визначаються з урахуванням коефіцієнта надійності за навантаженням . Розрахунок основ, фундаментів за несучою здатністю проводиться на основне сполучення навантажень, що визначаються за їх нормативними значеннями шляхом множення на коефіцієнт надійності за навантаженням. Для постійних навантажень приймають , для тимчасових корисних – . (для рівномірно розподілених навантажень до 2,0 кПа), для снігового навантаження – .

У зв’язку з низькою ймовірністю прикладення і часу дії одночасно на всіх етапах повних тимчасових навантажень ДБН рекомендують зменшувати їх введенням коефіцієнтів сполучень ψ_А і ψ_n [1, п. 6.8, 6.9]. Коефіцієнт ψ_А враховує розміри вантажної площі, а коефіцієнт ψ_n – кількість поверхів над елементом, що розраховують.

При розрахунках фундаментів будівель з квартирами житлових будинків, спальними кімнатами гуртожитків, готелів, санаторіїв, будинків відпочинку палат лікарень і санаторіїв коефіцієнт ψ_А приймають:

при :

при :

,

де А – вантажна площа елемента, що розраховується, м².

Коефіцієнт ψ_n для таких же будівель визначають за формулою:

де n – загальне число перекриттів (поверхів), навантаження від яких враховуються при розрахунку розглядуваного фундаменту.

Параметри будівлі і конструкцій, такі як кількість поверхів, товщина перекриттів, щільність матеріалу стін і перекриттів входять до індивідуального завдання. План типового поверху багатоповерхової будівлі студенти можуть прийняти самостійно або скориставшись рис. 1. При цьому товщину несучих внутрішніх і зовнішніх стін слід прийняти відповідно:

при – 380 і 510 мм;

при – 510 і 640 мм.

Висота поверху приймається .

Як згадувалось раніше, фундаменти будівлі розраховуються на вертикальне навантаження від власної ваги стін, покриття, перекриттів, перегородок і тимчасових навантажень. Збір навантажень виконується з вантажної площі. Вантажною площею називають площу перекриття або покрівлі, з якої передається навантаження на елемент, що розраховується (колону, зовнішню або внутрішню стіну, рис. 1).

Підсумовуючі вертикальне навантаження на фундаменти, рекомендується «збирати» його для перерізів фундаментів без підвалу – до рівня підлоги першого поверху, якщо підлоги влаштовуються по ґрунту, і до рівня планувальної позначки, якщо підлоги влаштовуються по цокольному перекриттю; для перерізів з підвалом – до рівня підлоги підвалу.

Рис. 1. Схема для визначення вантажних площ в безкаркасних будівлях.

В ході виконання практичного завдання, збір навантажень на стрічкові ростверки цивільної багатоповерхової будівлі ведуть до позначки низу перекриття першого поверху в такому порядку, починаючи з фундаменту зовнішньої стіни (вісі), для якої визначають наступні параметри:

1. Величина вантажної площі (площа 1 на рис. 1), м²:

де С – відстань між осями двох сусідніх віконних прорізів, м;

П – розмір прив’язки зовнішньої стіни (в даному практичному завданні приймається 200 мм), м;

t^в_ст – товщина внутрішньої стіни, м.

2. Навантаження від конструкцій покриття (разом з перекриттям горища), кН:

де t_n – товщина перекриття, м;

γ_n – питома вага конструкції перекриття, кН/м³.

3. Навантаження від конструкцій перекриття, кН:

де n – кількість поверхів будівлі.

4. Навантаження від зовнішньої стіни (за винятком віконних прорізів), кН:

де t^з_ст – товщина зовнішньої стіни, м;

γ_ст – питома вага стінових конструкцій, кН/м³;

C – відстань між осями двох сусідніх віконних прорізів, м;

h_n – висота поверху, м;

S_в – площа віконного прорізу, м².

5. Навантаження від перегородок (100 кгс/м²), кН:

6. Корисне навантаження [1, табл. 6.2], кН:

де ψ_n – коефіцієнт сполучень навантажень, що визначається за формулою (1.2).

7. Снігове навантаження, кН:

де S_m – граничне розрахункове значення снігового навантаження на горизонтальну проекцію покриття, що визначається за вказівками розділу 8 [1], кПа.

8. Навантаження від вище зазначених конструкцій і впливів на 1 погонний метр фундаменту діленням отриманих результатів на С (відстань між осями двох сусідніх віконних прорізів).

Результати збору навантажень заносять до таблиці 1.

Таблиця 1

Навантаження на зовнішню стіну

№	Вид навантажень	Нормативне навантаження N	Розрахункове навантаження
			за деформаціями		за несучою здатністю
			γfII	NII = N∙γfII	γfI	NI = N∙γfI
А. Постійні навантаження
1	Вага покриття		1,0		1,1
2	Вага перекриття		1,0		1,1
3	Вага стін		1,0		1,1
4	Вага перегородок (1 кПа)		1,0		1,1
Б. Тимчасові навантаження
1	Корисне навантаження (1,5 кПа)		1,0		1,3
2	Снігове навантаження		1,0		1,4
	Всього:		—		—
	Всього на 1 п.м.:		—		—

Вихідні дані

Загальні:

Відстань між осями двох сусідніх віконних прорізів ,

розмір прив’язки зовнішньої стіни ,

товщина внутрішньої стіни ,

товщина зовнішньої стіни ;

кількість поверхів будівлі ,

висота поверху ;

район будівництва – м. Кривий Ріг

(тоді граничне розрахункове значення снігового навантаження

на горизонтальну проекцію покриття ).

За таблицею:

№ варіанту — 9.

Лінійні розміри:

• товщина перекриття ,

• віконний проріз — 1760×1760 мм

(тоді площа віконного прорізу ).

Щільність матеріалів (питома вага конструкцій):

• перекриття ,

• стін .

Хід роботи

1. Визначення величини вантажної площі A₁ (площа 1 на рис. 1), м²

де С – відстань між осями двох сусідніх віконних прорізів, м ( );

П – розмір прив’язки зовнішньої стіни, м ( );

t^в_ст – товщина внутрішньої стіни, м ( ).

2. Визначення навантаження від конструкцій покриття

(разом з перекриттям горища), кН

де A₁ – величина вантажної площі, м² ( );

t_п – товщина перекриття, м ( );

γ_п – питома вага конструкції перекриття, кН/м³ ( ).

3. Визначення навантаження від конструкцій перекриття , кН

де A₁ – величина вантажної площі, м² ( );

t_п – товщина перекриття, м ( );

γ_п – питома вага конструкції перекриття, кН/м³ ( );

n – кількість поверхів будівлі ( ).

4. Визначення навантаження від зовнішньої стіни

(за винятком віконних прорізів), кН

де – товщина зовнішньої стіни, м ( );

γ_ст – питома вага стінових конструкцій, кН/м³ ( ;

n – кількість поверхів будівлі ( );

С – відстань між осями двох сусідніх віконних прорізів, м ( );

h_n – висота поверху, м ( ;

S_в – площа віконного прорізу, м² ( ).

5. Визначення навантаження від перегородок , кН

де A₁ – величина вантажної площі, м² ( );

n – кількість поверхів будівлі ( ).

6.0.1 Порівняння значення вантажної площі елемента, що розраховується,

з

6.0.2 Визначення коефіцієнта сполучення ψ_А,

що враховує розміри вантажної площі

Так як ,

6.0.3 Визначення коефіцієнта сполучення ψ_n,

що враховує кількість поверхів над елементом, що розраховують

де ψ_А – коефіцієнт сполучення, що враховує розміри вантажної площі ( );

n – кількість поверхів будівлі ( ).

6. Визначення корисного навантаження , кН

де A₁ – величина вантажної площі, м² ( );

ψ_n – коефіцієнт сполучення, що враховує кількість поверхів над елементом, що розраховують ( );

n – кількість поверхів будівлі ( ).

7.0 Визначення граничного розрахункового значення снігового навантаження

на горизонтальну проекцію покриття S_m, кПа

де γ_fm – коефіцієнт надійності за граничним значенням снігового навантаження ( );

S₀ – характеристичне значення снігового навантаження, Па ( );

C – коефіцієнт ( ).

7. Визначення снігового навантаження , кН

де A₁ – величина вантажної площі, м² ( );

S_m – граничне розрахункове значення снігового навантаження на горизонтальну проекцію покриття, кПа ( ).

8. Визначення навантаження від вище зазначених конструкцій і впливів на 1 погонний метр фундаменту діленням отриманих результатів на відстань між осями двох сусідніх віконних прорізів :

Таблиця 1

Навантаження на зовнішню стіну

№	Вид навантажень	Нормативне навантаження N	Розрахункове навантаження
			за деформаціями		за несучою здатністю
			γfII	NII = N∙γfII	γfI	NI = N∙γfI
А. Постійні навантаження
1	Вага покриття	153,295	1,0	153,295	1,1	168,625
2	Вага перекриття	229,943	1,0	229,943	1,1	252,937
3	Вага стін	137,394	1,0	137,394	1,1	151,133
4	Вага перегородок (1 кПа)	21,291	1,0	21,291	1,1	23,420
Б. Тимчасові навантаження
1	Корисне навантаження (1,5 кПа)	23,825	1,0	23,825	1,3	30,973
2	Снігове навантаження	8,978	1,0	8,978	1,4	12,569
	Всього:	574,726	—	574,726	—	639,657
	Всього на 1 п.м.:	227,164	—	227,164	—	252,828

Висновок

Виходячи з заданих фрагменту плану та деяких об'ємно-планувальних характеристик будівлі, району будівництва, лінійних розмірів перекриття та віконних прорізів, а також щільності матеріалів, було визначено навантаження на зовнішню стіну будівлі і внесено отримані дані до таблиці 1.

Практичне завдання №2

Розрахунок стрічкових фундаментів підвального поверху

Короткі теоретичні відомості

Аналіз інженерно-геологічних умов будівельного майданчику

Для розрахунку основ і фундаментів за граничними станами необхідно володіти розрахунковими характеристиками всіх різновидів ґрунтів виявлених в межах будівельного майданчика.

Основними показниками фізичних властивостей ґрунтів, що визначаються в лабораторних умовах, є:

• щільність ґрунту ρ,

• щільність мінеральних часток ґрунту ρ_s,

• вологість ґрунту природна w і (для пилувато-глинястих ґрунтів) на границях текучості w_L і пластичності w_p.

Ці показники для кожного виду ґрунту, надано у вихідних даних до практичної роботи.

Основною характеристикою стисливості ґрунтів (у даному практичному завданні), є модуль загальної деформації Е_о. Його визначають на підставі значення коефіцієнта стисливості ґрунту m₀.

Для оцінювання будівельних властивостей кожного шару ґрунту визначають додаткові (похідні) характеристики. Їх встановлюють на базі основних показників. На підставі знань набутих студентами минулого семестру, необхідно визначити наступні показники властивостей ґрунтів:

• щільність сухого ґрунту ρ_d, т/м³;

• питому вагу ґрунту у природному стані γ, кН/м³;

• питому вагу ґрунту у сухому стані γ_d, кН/м³;

• питому вагу мінеральних часток γ_s, кН/м³;

• пористість n , ч.о;

• коефіцієнт пористості e, ч.о.;

• коефіцієнт водонасичення (ступінь вологості) S_r, ч.о.;

• число пластичності I_p і показник текучості I_L, ч.о. (для пилувато-глинястих ґрунтів);

• лабораторний модуль деформації E_OL , кПа;

• загальний модуль деформації E_O (для даного класу будівлі — тільки в практичному завданні), кПа;

• питому вагу ґрунту з урахуванням зважуючої дії води γ_sb, кН/м³.

Для розрахунку основ будівель і споруд, також необхідно визначити вірогідні значення кута внутрішнього тертя φ і питомого зчеплення ґрунтів c. В практичному завданні їх визначають за таблицями ДБН В.2.1-10-2009 «Основи та фундаменти споруд».

Для всіх шарів основи (за винятком рослинного шару) за табл. В.1, В.2 [2] визначаються нормативні значення питомого зчеплення c_n і кута внутрішнього тертя φ_n.

За табл. Е.2, Е.3 [2] визначається розрахунковий опір ґрунтів основи R₀.

При розрахунках основ за деформаціями розрахункові значення характеристик приймаються при коефіцієнті надійності по ґрунту .

Отримані дані рекомендується наводити у табличній формі (табл. 2.1, 2.2).

Таблиця 2.1.

Фізико-механічні характеристики ґрунтів за даними лабораторних досліджень

№	Назва ґрунту	Товщина шару, м	ρ, т/м3	ρs, т/м3	w, ч.о.	WP, ч.о.	WL, ч.о.	m0, МПа-1
1	Рослинний шар	0,4	1,63
2
3
4

Таблиця 2.2.

Фізико-механічні характеристики ґрунтів, отримані розрахунками або за таблицями ДБН

№

Назва ґрунту

ρd, т/м3

γ, кН/м3

γd, кН/м3

γs, кН/м3

n

e

Sr

IP

IL

ЕOL, МПа

ЕO, МПа

γsw, кН/м3

Сn, кПа

φn,°

R0, кПа

1

Рослинний шар

2

3

4

Оцінювання ґрунтів, як природної основи, здійснюється на підставі отриманих показників за якими встановлюють тип і стан цих ґрунтів. Також слід врахувати, що рослинний шар зрізується і у подальшому використовується при благоустрої міських територій.

Тип пилувато-глинястого ґрунту визначається в залежності від числа пластичності за табл. 11 [3].

Стан пилувато-глинястих ґрунтів встановлюється в залежності від типу ґрунту й показника текучості за табл. 13 [3].

Стан піщаних ґрунтів встановлюється в залежності від крупності піску, коефіцієнта пористості і коефіцієнта водонасичення (ступеню вологості) за табл. 7, 10 [3].

На підставі аналізу фізико-механічних характеристик робиться висновок про придатність кожного шару ґрунту до використання у якості природної основи для фундаменту будівлі, що проектується. При цьому у якості природної основи фундаментів не рекомендується використовувати:

• глинясті ґрунти в текучому і текучопластичному стані;

• піщані ґрунти у пухкому і водонасиченому стані.

Оцінка інженерно-геологічних умов будівельного майданчика містить в собі наступне:

• побудову геологічного розрізу;

• якісну характеристику ґрунтової товщі й оцінку придатності використання інженерно-геологічних елементів (ІГЕ) у якості природної основи.

Геологічний розріз будують у вертикальному масштабі 1:100 на аркуші формату А4.

Рівень ґрунтових вод W_L, як і ґрунтових шарів, передбачається горизонтальним і відкладається від позначки гирла свердловини.

Рельєф майданчика передбачається горизонтальним. Поверхня природного рельєфу N_L будується по гирлам умовних свердловин, абсолютна позначка яких приймається умовно, але в межах показників для міста Кривого Рогу – 70,0…120,0 м. Товщина шарів відкладається по вісі свердловин, при цьому товщина останнього шару не обмежується.

Умовні позначення ґрунтів основи необхідно зображати у відповідності з ДСТУ Б А.2.4-13:2009. Приклад побудови геологічного розрізу приведений на рис. 2.

Рис. 2. Інженерно-геологічний розріз по свердловинам 1 — 2.

Вихідні дані

Таблиця 2.1.

Фізико-механічні характеристики ґрунтів за даними лабораторних досліджень

Варіант	Назва ґрунту	Товщина шару, м	Щільність ґрунту ρ, т/м3	Абсолютна щільність ρs, т/м3	Вологість ґрунту				Коефіцієнт стисливості mo, МПа
					W	WL	WP
	Рослинний шар	0,4	1,63	—	—	—	—	—
С	Суглинок озерний	3,8	2,20	2,70	0,07	0,15	0,07	0,06
У	Суглинок делювіальний	2,9	1,65	2,68	0,20	0,30	0,15	0,80
П	Суглинок делювіальний	3,7	1,82	2,67	0,09	0,40	0,28	0,45