Файл: Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине основания и фундаменты.pdf

9
Таблица 3.3.1. – Нормативные значения характеристик физических и ме- ханических свойств грунтов строительной площадки
Характеристика
Обозначе- ние
Размер- ность
Источник
Номер образца
1 2
3 4
1 2
3 4
5 6
7 8
1. Плотность грунта
ρ
т/м
3
Задание на курсовую работу
1,85 2.0 1,99 2,01 2.
Плотность частиц грунта
s
ρ
т/м
3
-
″-
2,71 2,75 2,65 2,74 3. Природная влаж- ность
W
%
-
″-
27,0 25,7 19,2 23,0 4. Влажность на гра- нице текучести
W
L
%
-
″-
33,0 41,5 0
35,0 5. Влажность на гра- нице раскатывания
W
p
%
-
″-
24,0 19,2 0
22,0 6. Удельный вес грун- та g
кН/м
3
Формула
18,15 19,62 19,52 19,72 7. Удельный вес ча- стиц грунта
s
g кН/м
3
-
″-
26,58 26,98 26,0 26,88 8. Плотность сухого грунта
d
ρ
т/м
3
-
″-
1,46 1,59 1,67 1,63 9. Коэффициент пори- стости
e
д.е.
-
″-
0,86 0,73 0,59 0,68 10.Удельный вес грунта с учетом взве- шивающего дей- ствия воды
sb
g кН/м
3
-
″-
0 0
10,38 0
11.
Коэффициент во- донасыщения
r
S
д.е.
-
″-
0,85 0,97 0,86 0,93 12.
Число пластично- сти
p
I
%
-
″-
9,0 22,3 0
13,0 1
3. Показатель теку- чести
L
I
%
-
″-
33 29 0
8 14. Модуль деформа- ции
Е
МПа СП
22.13330.2016 11,0 18 24,0 22,0 15. Удельное сцепле- ние
с
кПа
СП
22.13330.2016 18,0 50,0 5,0 31,0 16. Угол внутреннего трения
ϕ
град. СП
22.13330.2016 19,0 17,0 32,0 24,0 17. Расчетное сопро- тивление грунта
0
R
кПа
СП
22.13330.2016 195 321 150 247
В табл.3.3.1 характеристики физических и механических свойств грун- тов представлены их нормативными значениями. Согласно СП 22.13330.2016
[
]
16 3
5
,
6 ï
все расчеты должны выполняться с использованием расчетных значений, характеристик грунтов Х, определяемых по формуле:

10
g
n
X
X
g
=
, (7) где
n
X
- нормативное значение данной характеристики;
g
g
- коэффициент надежности по грунту.
Для большинства характеристик грунта допускается принимать
g
g
=1, за исключением удельного сцепления с, угла внутреннего трения ϕ
и плот- ности грунта
ρ
(удельного веса g
), для которых коэффициент надежности по грунту устанавливается в зависимости от изменчивости этих характери- стик, числа определений и значения доверительной вероятности
α
в соответ- ствии с методикой статистической обработки результатов испытаний по
ГОСТ 20522-2012.
Согласно СП 22.13330.2016 доверительную вероятность
α
расчетных значений характеристик грунтов принимают равной при расчетах оснований по первой группе предельных состояний 0,95, по второй группе – 0,85.
Для случая, принятого при выполнении курсовой работы (определение
n
c
,
n
ϕ
,
Е по таблицам СП 22.13330.2016, расчетные значения характеристик принимаются при следующих коэффициентах надежности по грунту:
– в расчетах оснований по деформациям ………………………….
g
g =1,0;
– в расчетах оснований по несущей способности:
– для удельного сцепления……………………………………...
( )
c
g
g
=1,5,
– для угла внутреннего трения глинистых грунтов ………….
)
(
ϕ
g
g
=1,15
,
– для угла внутреннего трения песчаных грунтов…………….
)
(
ϕ
g
g
=1,1
За расчетное значение модуля деформации грунта Е допускается при- нимать величину, равную нормативной, т.е. при коэффициенте надежности по грунту
g
g
=1,0
Для прочих характеристик грунта
g
g принимается равным единице. Расчетные значения характеристик грунта g
,
с,
ϕ
для расчета осно- ваний по несущей способности обозначаются индексом «I»:
I
g
,
I
c
,
I
ϕ
, а для расчета по деформации – индексом «II»:
II
g
,
II
c
,
II
ϕ
Расчетные значения характеристик грунтов по двум видам предельных состояний определяются для всех ИГЭ и представляются в табличной форме
(табл. 3.3.2).
Таблица 3.3.2. – Расчетные значения характеристик грунтов
Номер
ИГЭ
n
g
I
g
II
g
n
c
I
c
II
c
n
ϕ
I
ϕ
II
ϕ
Е
g
g

11 3.4
. Построение инженерно-геологического разреза и эпюры расчетно- го сопротивления
0
R
грунтов строительной площадки.
3.4
.1. После заполнения табл.2 следует построить геологический разрез и произвести общий анализ напластований грунтов, представленных в зада- нии на курсовую работу, дать их оценку с инженерно-строительной точки зрения. Особое внимание необходимо уделить возможности использования грунтов строительной площадки в качестве естественного основания, воз- можным вариантом заглубления фундаментов и их конструктивному исполь- зованию с учетом технологии возведения.
3.4.2.
Инженерно-геологический разрез (рис.1) строится развернутым на вертикальную плоскость в следующей последовательности:
- наносятся оси двух указанных в задании геологических выработок
(скважина №1 и №2), при этом рекомендуется принимать вертикальный масштаб 1:100, горизонтальный 1:250, слева от скважины №1 помещается масштабная линейка;
- по осям скважин в принятом масштабе наносят вертикальные абсо- лютные отметки устья скважины – природного рельефа в месте бурения, кровли и подошвы каждого вскрытого бурением слоя грунта, положение уровня подземных вод, место отбора проб образцов грунта для проведения лабораторных исследований;
- отметки, полученные по осям скважин и соответствующие одинако- вым типам грунтов, соединяются плавными линиями; каждый ИГЭ изобра- жается на разрезе условными обозначениями, в соответствии с ГОСТ 21.302-
2021 указанием полного наименования грунта и характеристик физико- механических свойств (
g
,
е,
r
S
,
L
I
,
p
I
,
E
,
ϕ
,
C
)
, на каждой скважине должны быть приведены мощности ИГЭ;
- на инженерно-геологическом разрезе определяется абсолютная от- метка после срезки почвенно-растительного слоя DL и планировки участка строительства из условий нулевого баланса земляных работ; планировочная отметка может быть назначена с учетом напластования грунта и положения уровня подземных вод, как срезкой верхнего слоя грунта, так и подсыпкой;
- справа от инженерно-геологического разреза строится эпюра таблич- ных) значений расчетных сопротивлений грунтов
0
R для всех ИГЭ.
Инженерно-геологический разрез дает наглядное представление о ха- рактере напластования грунтов, а также позволяет более обоснованно подой- ти к выбору типа основания, конструкции фундамента, и назначению глуби- ны заложения подошвы фундамента.

12
Рисунок 1. – Инженерно-геологический разрез и эпюра расчетного сопротив- ления грунтов, кПа.
3.5
. Сбор нагрузок на обрезе фундамента.
Перед началом проектирования фундаментов здания необходимо изу- чить конструктивное решение здания: его размеры и назначение, характер передачи нагрузки, каркас и несущие стены, материал стен и перекрытий, этажность, наличие подвала и его глубину.
Основными характеристиками нагрузок, являются их нормативные
значения.
Расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке
f
g
, соот- ветствующий рассматриваемому предельному состоянию. Коэффициент
надежности по нагрузке
f
g
, учитывающий в условиях нормальной эксплуа-

13 тации сооружений возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную
(большую или меньшую) сторону от нормативных значений
Коэффициенты надежности по нагрузке
f
g для веса строительных кон- струкций и грунтов приведены в таблице 1 (приложение 6).
Коэффициенты надежности по нагрузке
f
g для равномерно распреде- ленных кратковременных нагрузок следует принимать: а) 1,3 – при полном нормативном значении менее 2,0 кПа; б) 1,2 – при полном нормативном значении 2,0 кПа и более.
Из схемы фасада здания (рис.2) видно, что стены в основном передают нагрузку на фундамент под простенками между окнами. Целесообразно по- этому суммировать нагрузку на длину стены а, равную расстоянию между осями соседних окон.
Рисунок 2. – Фасад здания и передача нагрузки Р на фундамент
Разрезы здания и его наружной стены (рис.3) показывают, что между- этажные перекрытия, опираясь на наружную и внутренние стены, передают им нагрузку поровну. Таким образом, на длину наружной стены приходится собирать нагрузку с площади
al
5
,
0
, где l – расстояние между наружными и внутренними стенами. Эта величина носит название грузовой площади.

14
Рисунок 3. – Схема передачи нагрузок здания на фундамент и основа- ние: а) план здания; б) вертикальный разрез здания с нагрузками и усилиями; в) схема усилий в наружной стене
После разделения полученной нагрузки на а получаем нагрузку на по- гонный метр фундамента.
3.5.1.
Определение грузовых площадей.
Для наружной стены здания с окнами (рис.4,а) грузовая площадь определяется по формуле
2 2
н
вн
н
l
d
d
A
b
+


=
−
⋅




, м
2
(8) где
l
- расстояние между осевыми линиями стен, м;
н
d
,
вн
d
- толщина стен, соответственно, наружных и внутренних, м;
b - расстояние между центрами окон, м.
Для внутренней стены здания (рис.4,а) грузовая площадь определяется по формуле
1 2
н
вн
вн
d
d
A
l
+


= −
⋅




, м
2
(9)

15
Рисунок 4. – Определение грузовых площадей для расчета фундаментов: а) бескаркасное здание; б) каркасное здание.
Ширина грузовой площади для внутренних стен принимается равной 1 м.
Размер грузовой площади для колонны зависит от ее местоположения
(рис.4,б).
Грузовая площадь для колонны в осях А-3 определяется по формуле
2 1
2
l
l
A
⋅
=
, м
2
(10)
Грузовая площадь для колонны в осях Б-1 определяется по формуле
2 2
1
l
l
A
⋅
=
,м
2
(11)
Грузовая площадь для колонны в осях Б-2 определяется по формуле
2 1
l
l
A
⋅
=
,м
2
(12)
Грузовая площадь для колонны в осях В-1 определяется по формуле
4 2
1
l
l
A
⋅
=
,м
2
(13)
3.5
.2. Определение постоянных нагрузок на обрезе фундамента.

16
Действующие на здания и сооружения нагрузки и воздействия прини- маются по СП 20.13330.2016. В зависимости от продолжительности действия они подразделяются на постоянные и временные (рис.5).
Рисунок 5– Классификация нагрузок и воздействий
Согласно СП 20.13330.2016 постоянные нагрузки обозначаются
d
P
,
длительные временные
l
P
, кратковременные
t
P
, и особые
s
P
. Такое разделе- ние позволяет, прежде всего, учесть разное сопротивление бетона длитель- ному и кратковременному действию нагрузок. Длительность действия нагрузки значительно снижает трещиностойкость и увеличивает деформации железобетонных элементов. С другой стороны, кратковременные нагрузки почти не оказывают влияния на развитие осадок оснований, так как уплотне- ние большой массы грунта основания представляет собой длительный про- цесс, зависящий в основном от постоянных и длительно действующих вре- менных нагрузок.
К постоянным нагрузкам относятся:
- вес частей зданий, в том числе вес несущих и ограждающих строи- тельных конструкций;
- вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление, гидро- статическое давление.
Постоянная нормативная нагрузка на обрезе фундамента от веса частей здания с окнами (рис.4,а) определяется по формуле
[
]
(
(
1)
)
(
)
н
кр
чер
эт
под
ст
эт
d
А q
q
q n
q
а t h n D S n t
P
a
g
+
+
− +
+
⋅ ⋅
⋅ −
⋅ ⋅ ⋅
=
,
кН/м (14) где
н
А
- грузовая площадь наружной стены, м
2
;
кр
q
,
чер
q
,
эт
q
,
под
q
- нормативная нагрузка от веса 1м
2
соответственно, крыши, чердачного, этажного, подвального перекрытий, кН/ м
2
;
n
- количество этажей в здании,
ст
g
- вес материала стены, кН/ м
3
;
à
- расстояние между центрами окон, м;
t
- толщина стены, м;
эт
h
- высота этажа, м;
D
,
S
- размеры окон, соответственно, длина и ширина, м.

17
Постоянная нормативная нагрузка на обрезе фундамента от веса частей здания на внутреннюю стену (без окон) (рис.4,а) определяется по формуле
(
)
(
(
1)
)
d
вн
кр
чер
эт
под
ст
эт
P
А q
q
q n
q
t h n
g
=
+
+
− +
+
⋅
⋅ , кН/м
(15) где
вн
А
- грузовая площадь внутренней стены, м
2
;
кр
q
,
чер
q
,
эт
q
,
под
q
- нормативная нагрузка от веса 1м
2
соответственно, крыши, чердачного, этажного, подвального перекрытий, кН/ м
2
;
n - количество этажей в здании;
ст
g
- вес материала стены, кН/ м
3
;
t
- толщина стены, м;
эт
h
- высота этажа, м;
3.5
.3. Определение временных нагрузок на обрезе фундамента.
Временные нагрузки разделяют на длительные, кратковременные и
особые.
К длительным
l
P
нагрузкам относятся:
- вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудова- ние;
- вес стационарного оборудования (станков, аппаратов и др.)
- давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах и др.;
- нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах, и подобных помещениях;
- температурные технологические воздействия от стационарного обо- рудования;
- вес слоя воды на плоских водонаполненных покрытиях;
- пониженные нагрузки от оборудования, людей, животных, и транс- портных средств на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйствен- ных зданий, от мостовых и подвесных кранов, снеговых, температурных климатических воздействий и др.
К кратковременным
t
P
нагрузкам относятся:
- нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий с полными нормативными значениями;
- климатические (снеговые, ветровые, температурные и гололедные) нагрузки;
- нагрузки от транспортных средств и др.
Нормативные значения равномерно распределенных кратковременных нагрузок на плиты перекрытий, лестницы и полы на грунтах приведены в таблице 1 (приложение 7).
К особым
s
P
нагрузкам относятся сейсмические и аварийные воздей- ствия.

18
К аварийным воздействиям относятся:
- взрывные;
- нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического про- цесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;
- воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровожда- ющимися коренным изменением структуры грунта (например, при замачива- нии просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых;
- нагрузки от столкновений транспортных средств с частями сооруже- ния и др.
Расчет конструкций и оснований по предельным состояниям 1-й и 2-й групп следует выполнять с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий.
Кратковременная нормативная нагрузка на обрезе фундамента от рав- номерно распределенной нагрузки на чердачное перекрытие, междуэтажное перекрытие и снеговой нагрузки здания с окнами (рис.4,а) определяется по формуле
0
(
)
н
чер
эт
t
А S
q
q n
P
a
ϕ
+
+
⋅ ⋅
=
, кН/м (16) где
н
А
- грузовая площадь наружной стены, м
2
;
0
S
- нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия, кН/м
2
;
чер
q
- нормативное значение равномерно распределенной нагрузки на чердачные помещения, кН/м
2
;
эт
q
- нормативное значение равномерно распределенной нагрузки на междуэтажные перекрытия, кН/м
2
;
n
- количество этажей в здании;
ϕ
- коэффициент, понижающий значения равномерно распределен- ной нагрузки в зависимости от грузовой площади А, равный а) для одноэтажных помещений, указанных в позициях 1, 2, 12, а (при
А>А
1
=9 м
2
)
1 1
/
6
,
0 4
,
0
A
A
+
=
ϕ
(17) б) для одноэтажных помещений, указанных в позициях 4, 11, 12, б (при
А>А
2
=36 м
2
)
2 2
/
5
,
0 5
,
0
A
A
+
=
ϕ
(18) в) для двухэтажных и более помещений, указанных в позициях 1, 2, 12, а
n
4
,
0 4
,
0 1
3
−
+
=
ϕ
ϕ
(19)