Механіка грунтів, основи та фундаменти
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
Кафедра будівельних конструкцій та мостів
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
«Механіка грунтів, основи та фундаменти»
Виконав:
ст.гр.ПЦБз-41 Зейкан
Прийняв
проф. д.т.н. Демчина Б.Г
2011р.
ВИЗНАЧЕННЯ НАЗВИ ШАРІВ ГРУНТІВ
Фізико - механічні властивості ґрунтів
| Номер шару | Гранулометричний склад грунту, (мм) | Воло гість W,% | Границі текучості та пластичності | Питома вага, кН/м3 | ||||||||||
| > 2 | 2.0 1.0 | 1.00.5 | 0.5 0,25 | 0,25 0.10 | 0.10 0.05 | 0.05 0.01 | 0.01 0.005 |
< 0.005 |
WL | WP | γs | γ | ||
| 32 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5,2 | 25,1 | 62,3 | 7,4 | 0,24 | 0,28 | 0,23 | 28,7 | 19,2 |
| 31 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1,4 | 12,6 | 57,6 | 28,4 | 0,25 | 0,4 | 0,2 | 27,2 | 19 |
| 30 | 0 | 0 | 0 | 0,4 | 3,6 | 2,6 | 17,5 | 60,6 | 15,3 | 0,08 | 0,28 | 0,19 | 26,7 | 16,5 |
| 28 | 0 | 10 | 0 | 22 | 33 | 12 | 14 | 10 | 9 | 0,324 | 0,3 | 0,18 | 24,1 | 17,5 |
| 3 | 4 | 1,5 | 1,5 | 8 | 18 | 13 | 14 | 21 | 19 | 0,26 | 0,35 | 0,2 | 26,9 | 18,4 |
№32
Так як WL≠WP≠0, то ґрунти цього шару - глинисті. А ми знаємо, що повна назва глинистих ґрунтів визначається чотирма показниками: числом пластичності Ір, гранулометричним складом, наявністю включень і показником текучості IL. Тому, обчислюємо і аналізуємо величини цих показників:
а) число пластичності Ір
%
Даний глинистий грунт носить назву - супісок, так як:
1% < ІР =5% < 7%;
б) гранулометричний склад і число пластичності Ір:
В даному випадку частинок розміром 0,5ч2 мм – 0% < 50%, а число пластичності знаходиться в границях 1% < ІР = 5% < 7%. Тому шар грунту буде мати назву - пилуватий;
в) наявності включень:
Частинок розміром > 2мм - 0% < 15%. Тому можна вважати, що даний шар ґрунту немає ніяких включень.
г) показник текучості ІL:
або
По показнику текучості - пластичний так як:
0 < ІL = 0,2 < 0,25
д) коефіцієнт пористості:
е = γs/γ x (1+W) - 1 = 28,7/19,2 х (1 + 0,24) - 1 =0,85.
Розрахунковий опір грунту R0=240 кПа
Модуль деформації E = 7000 кПа
Назва грунту (№32) – супісок пилуватий, пластичний
№31
Так як WL≠WP≠0, то ґрунти цього шару - глинисті. А ми знаємо, що повна назва глинистих ґрунтів визначається чотирма показниками: числом пластичності Ір, гранулометричним складом, наявністю включень і показником текучості IL. Тому, обчислюємо і аналізуємо величини цих показників:
а) число пластичності Ір:
%
Даний глинистий грунт носить назву - глина, так як:
ІР =20% > 17%;
б) гранулометричний склад і число пластичності Ір:
В даному випадку частинок розміром 0,5ч2 мм - 0% < 40%, а число пластичності знаходиться в границях 17% < ІР = 20% < 27%. Тому шар грунту буде мати назву – легка пилувата;
в) наявності включень:
Частинок розміром > 2мм - 0% < 15%. Тому можна вважати, що даний шар ґрунту немає ніяких включень.
г) показник текучості ІL:
або
По показнику текучості - напівтверда так як:
0 < ІL = 0,25 < 0,25
д) коефіцієнт пористості:
е = γs/γ x (1+W) - 1 = 27,2/19,0 х (1 + 0,25) - 1 =0,79.
Розрахунковий опір грунту R0=284 кПа
Модуль деформації E = 19400 кПа
Назва грунту (№31) – глина легка пилувата, напівтверда.
№30
Так як WL≠WP≠0, то ґрунти цього шару - глинисті. А ми знаємо, що повна назва глинистих ґрунтів визначається чотирма показниками: числом пластичності Ір, гранулометричним складом, наявністю включень і показником текучості IL. Тому, обчислюємо і аналізуємо величини цих показників:
а) число пластичності Ір:
%
Даний глинистий грунт носить назву - суглинок, так як:
7% < ІР =9% < 17%;
б) гранулометричний склад і число пластичності Ір:
В даному випадку частинок розміром 0,5ч2 мм - 0% < 40%, а число пластичності знаходиться в границях 7% < ІР = 9% < 12%. Тому шар грунту буде мати назву - легкий пилуватий;
в) наявності включень:
Частинок розміром > 2мм - 0% < 15%. Тому можна вважати, що даний шар ґрунту немає ніяких включень.
г) показник текучості ІL:
або
По показнику текучості - твердий так як:
ІL = -1,22 < 0
д) коефіцієнт пористості:
е = γs/γ x (1+W) - 1 = 26,7/16,5 х (1 + 0,08) - 1 =0,74.
Розрахунковий опір грунту R0=243 кПа
Модуль деформації E = 16800 кПа
Назва грунту (№30) – суглинок легкий пилуватий, твердий.
№28
Так як WL≠WP≠0, то ґрунти цього шару - глинисті. А ми знаємо, що повна назва глинистих ґрунтів визначається чотирма показниками: числом пластичності Ір, гранулометричним складом, наявністю включень і показником текучості IL. Тому, обчислюємо і аналізуємо величини цих показників:
а) число пластичності Ір:
%
Даний глинистий грунт носить назву - суглинок, так як:
7 < ІР =12 % < 17%;
б) гранулометричний склад і число пластичності Ір:
В даному випадку частинок розміром 0,5ч2 мм – 10% < 40%, а число пластичності знаходиться в границях 7% < ІР = 12% < 12%. Тому шар грунту буде мати назву – легкий пилуватий;
в) наявності включень:
Частинок розміром > 2мм - 0% < 15%. Тому можна вважати, що даний шар ґрунту немає ніяких включень.
г) показник текучості ІL:
або
По показнику текучості - текучі так як:
ІL =1,2 > 1
д) коефіцієнт пористості:
е = γs/γ x (1+W) - 1 = 24,1/17,5 х (1 + 0,324) - 1 =0,82.
Розрахунковий опір грунту R0=130 кПа
Модуль деформації E = 7800 кПа
Назва грунту (№28) – суглинок, легкий пилуватий, текучий.
№3
Так як WL≠WP≠0, то ґрунти цього шару - глинисті. А ми знаємо, що повна назва глинистих ґрунтів визначається чотирма показниками: числом пластичності Ір, гранулометричним складом, наявністю включень і показником текучості IL. Тому, обчислюємо і аналізуємо величини цих показників:
а) число пластичності Ір:
%
Даний глинистий грунт носить назву - суглинок, так як:
7% < ІР =15% < 17%;
б) гранулометричний склад і число пластичності Ір:
В даному випадку частинок розміром 0,5ч2 мм - 7% < 40%, а число пластичності знаходиться в границях 12% < ІР = 15% < 17%. Тому шар грунту буде мати назву – важкий пилуватий;
в) наявності включень:
Частинок розміром > 2мм - 4% < 15%. Тому можна вважати, що даний шар ґрунту немає ніяких включень.
г) показник текучості ІL:
або
По показнику текучості - тугопластичний так як:
0,25 < ІL = 0,4 < 0,50
д) коефіцієнт пористості:
е = γs/γ x (1+W) - 1 = 26,9/18,4 х (1 + 0,26) - 1 =0,84.
Розрахунковий опір грунту R0=193 кПа
Модуль деформації E = 11300 кПа
Назва грунту (№3) – суглинок важкий пилуватий, тугопластичний.
Геологічний розріз
Назва грунту (№32) – супісок пилуватий, пластичний
Назва грунту (№31) – глина легка пилувата, напівтверда
Назва грунту (№30) – суглинок легкий пилуватий, твердий
Назва грунту (№28) – суглинок, легкий пилуватий, текучий
Назва грунту (№3) – суглинок важкий пилуватий, тугопластичний
ЗБІР НАВАНТАЖЕННЯ
Збір навантаження на 1 м2 покриття
| Вид навантаження |
Підрахунок навантажень |
Навантаження при коефіцієнті надійності по навантаженню, кПа | ||
| γf = 1 | γf | γf > 1 | ||
|
Постійні: - водо-ізоляційний килим - цементна стяжка ( δ = 20 мм, γ = 22 кН/м3 ) - утеплювач ( γ= 2,0 кН/м3 ) – 150 мм - пароізоляція – 10 мм - шви замонолічування - ребриста залізобетонна плита покриття |
0,020*22 0,2*1,5 0,010*6 |
0,100 0,440 0,30 0,06 0,017 1,5 |
1,3 1,3 1,3 1,2 1,1 1,1 |
0,130 0,572 0,390 0,072 0,019 1,65 |
| Всього: g = | 2,42 | - | 2,83 | |
|
Снігове : (V - ий сніговий район ): S0 = 1,6 кПа |
1,6 | 1,14 | 1,82 | |
| Разом : q* = g + S0 = | 4,02 | - | 4,65 | |
Нормативне навантаження на 1 м2 покриття
qn = q*(n)x γn= 4,02 х 0,95 = 3,82 кПа.
Розрахункове навантаження на 1 м2 покриття
q = q*x γn= 4,65 х 0.95 = 4,42 кПа,
де γn = 0,95 - для класу відповідальності будівлі II (ДБН В.1.2-2: 2006 «Навантаження і впливи»).
Збір навантаження на 1 м2 перекриття
| Вид навантаження |
Підрахунок навантажень |
Навантаження при коефіцієнті надійності по навантаженню, кПа | ||
| γf = 1 | γf | γf > 1 | ||
|
Постійні : - плитка - цементна стяжка ( δ = 20 мм, γ = 22 кН/м3 ) - звукоізоляція – 80 мм - пароізоляція – 10 мм - з/б плита покриття – 220 мм |
0,020*22 0,080*9 0,01*6 |
0,3 0,440 0,720 0,060 3,000 |
1,1 1,3 1,3 1,3 1,1 |
0,33 0,572 0,936 0,078 3,300 |
| Всього: g = | 4,52 | - | 5,22 | |
|
Тимчасове
(корисне): v = 7 кПа,
|
4,9 | 1,2 | 5,88 | |
| Разом : q* = g + v = | 9,42 | - | 11,1 | |
Понижуючий коефіцієнт:
де n = 3 – кількість поверхів.
Нормативне навантаження на 1 м2 перекриття :
qn = q*(n)x γn= 9,42 х 0,95 = 8,95 кПа.
Розрахункове навантаження на 1 м2 перекриття :
q = q*x γn= 11,1 х 0,95 = 10,55 кПа,
де γn = 0,95 - клас відповідальності будівлі II (ДБН В.1.2-2: 2006 «Навантаження і впливи»).
Збір навантаження на 1 м2 перекриття над підвалом
| Вид навантаження |
Підрахунок навантажень |
Навантаження при коефіцієнті надійності по навантаженню, кПа | ||
| γf = 1 | γf | γf > 1 | ||
|
Постійні : - плитка - цементна стяжка ( δ = 20 мм, γ = 22 кН/м3 ) - утеплювач – 150 мм - пароізоляція – 6 мм - з/б плита покриття – 220 мм |
0,020*22 0,15*5 0,006*6 |
0,30 0,440 0,750 0,036 3,000 |
1,1 1,3 1,2 1,2 1,1 |
0,33 0,572 0,900 0,043 3,300 |
| Всього: g = | 4,53 | - | 5,15 | |
|
Тимчасове
(корисне): v = 7 кПа,
|
4,9 | 1,2 | 5,88 | |
| Разом : q* = g + v = | 9,43 | - | 11,03 | |
Понижуючий коефіцієнт
де n = 3 – кількість поверхів.
Нормативне навантаження на 1 м2 перекриття над підвалом :
qn = q*(n)x γn= 9,43 х 0,95 =8,96 кПа.
Розрахункове навантаження на 1 м2 перекриття над підвалом :
q = q*x γn= 11,03 х 0,95 = 10,48 кПа,
де γn = 0,95 - для класу відповідальності будівлі II (ДБН В.1.2-2: 2006 «Навантаження і впливи»).
Збір вітрового навантаження
Місто Харків знаходиться в IІ - му вітровому районі, для якого
W0 = 0,43 кПа.
Граничне розрахункове значення вітрового навантаження визначається за формулою
–
коефіцієнт
надійності
за граничним
розрахунковим
значенням
вітрового
навантаження
;
– коефіцієнт,
що визначається
за формулою:
С = Сaer Ch Calt Crel Cdir Cd
де Сaer = 0,8 + 0,6 = 1,4;
Ch –рівний 1;
Crel –рівний 1;
Cdir –рівний 1;
Cd –рівний 1.
| Z (м) | Ch для типу місцевості |
| III | |
| ≤ 5 | 0,90 |
| 10 | 1,20 |
| 20 | 1,55 |
| 40 | 2,00 |
- площа стіни
шириною 1 м і
висотою 3,0 м
| Відстань, м |
z, м |
Ch |
W0, кН/м2 |
Сaer |
|
Wm, кН/м2 |
м2 |
кН |
| -0,200 | 0 | 0,90 | 0,43 | 1,4 | 1,14 | 0,618 | 3,80 | 2,348 |
| +3,600 | 3,80 | 0,90 | 0,43 | 1,4 | 1,14 | 0,618 | ||
| 3,6 | 2,401 | |||||||
| +7,200 | 7,40 | 1,044 | 0,43 | 1,4 | 1,14 | 0,716 | ||
| 3,6 | 2,815 | |||||||
| +10,850 | 11,00 | 1,235 | 0,43 | 1,4 | 1,14 | 0,848 |
Знайдемо суму моментів горизонтальних вітрових зусиль відносно точки А ( точка на рівні відмітки землі: -0,200 м).
або
де
– розрахункове
вітрове навантаження
на стіну і-го
поверху, кН;
– плече сили
Wm відносно
т.А, м;
м – ширина
будинку в осях
А-В.
Отже,
кН
Визначимо нормативне зусилля Vn за формулою :
Vn = V /γfm = 3,62 /1,14= 3,18 кН.
Схема вітрового навантаження
Збір навантаження на низ підошви фундаментів
По розрізу 1-1.
а) від вітрового навантаження
- нормативне: N1n = Vn = 3,18 кН;
- розрахункове: N1 = V = 3,62 кН;
б) від покриття :
- нормативне: N2n = qn Ч A1 = 3,82 кН/м2Ч3 м2 = 11,46 кН;
- розрахункове: N2 = qЧ A1 = 4,42 кН/м2Ч3 м2 = 13,26 кН;
в) від перекриття над І-ІІ поверхами :
- нормативне: N3n = qnЧA1Ч2 = 8,95 кН/м2Ч3 м2Ч2= 53,7 кН;
- розрахункове: N3 = qЧA1Ч2 = 10,55 кН/м2Ч3 м2Ч2=63,3 кН;
г) від перекриття над підвалом:
- нормативне: N4n = qn Ч A1 = 8,96 кН/м2Ч3 м2= 26,88 кН;
- розрахункове: N4 = qЧ A1 = 10,48 кН/м2Ч3 м2= 31,44 кН;
д) від цегляних стін та вікон:
- нормативне: N5n = 1 м ЧhбудЧ(1-к)ЧbстЧ18 кН/м3 =1 мЧ11,7 мЧ(1-0,28)Ч0,51 мЧ18кН/м3 =77,33 кН+11,7 мЧ1 мЧ0,28Ч0,5кН/м2=79,0 кН;
- розрахункове: N5 = N5n Ч γfn = 79,0 кНЧ1,1 = 86,9 кН;
Сумарне навантаження:
нормативне навантаження під підошвою фундаменту:
N = ΣNin = N1n+N2n + N3n + N4n +N5n = 3,18 + 11,46 + 53,7 + 26,88 + 79,0 = 174,2 кН
розрахункове навантаження під підошвою фундаменту
N = ΣNi = N1 + N2 + N3 + N4 +N5 = 3,62 + 13,26 + 63,3 + 31,44 + 86,9=198,52 кН.
По розрізу 2-2
а) від покриття
- нормативне: N1n = qnЧ A2 = 3,82 кН/м2Ч36 м2 = 137,52 кН;
- розрахункове: N1 = qЧ A2 = 4,42 кН/м2Ч36 м2 = 159,12 кН;
б) від перекриття над І-ІІ поверхами :
- нормативне: N2n = qnЧA2Ч3 =8,95 кН/м2Ч36 м2Ч2=644,4 кН;
- розрахункове: N2 = qЧA2Ч3 =10,55 кН/м2Ч36 м2Ч2=759,6 кН;
в) від перекриття над підвалом:
- нормативне: N3n = qn Ч A2 = 8,96 кН/м2Ч36 м2= 322,56 кН;
- розрахункове: N3 = qЧ A2 = 10,48 кН/м2Ч36 м2= 377,28 кН;
г) від колон:
- нормативне: N6n =qn=0,45 мЧ0,45 мЧ13,7 мЧ25 кН/м3 =69,4 кН;
- розрахункове: N6 = q = 69,4 кН Ч 1,1 = 76,3 кН;
Сумарне навантаження
нормативне навантаження під підошвою фундаменту
N = ΣNin = N1n + N2n + N3n + N4n = 137,52 + 644,4 + 322,56 + 69,4 = 1173,9 кН.
розрахункове навантаження під підошвою фундаменту
N = ΣNi = N1 + N2 + N3 = 159,12 + 759,6 + 377,28 + 76,3 = 1372,3 кН.
Cхема вантажних площ в перерізах
По розрізу 3-3
а) від вітрового навантаження
- нормативне: N1n = Vn = 3,18 кН;
- розрахункове: N1 = V = 3,62 кН;
б) від стін та вікон
- нормативне: N2n = 1 м ЧhбудЧbстЧ18 кН/м3 =1 мЧ11,7 мЧ0,51 мЧ18кН/м3 =107,4 кН+11,7 мЧ1 мЧ0,5кН/м2=113,3 кН;
- розрахункове: N2 = N2n Ч γfn = 113,3 кНЧ1,1 = 124,6 кН;
Сумарне навантаження:
нормативне навантаження під підошвою фундаменту
N = ΣNin = N1n + N2n =3,18 + 113,3 =116,5 кН.
розрахункове навантаження під підошвою фундаменту
N = ΣNi = N1 + N2 = 3,62 + 124,6 = 128,2 кН.
ВИЗНАЧЕННЯ ШИРИНИ ПІДОШВИ СТРІЧКОВОГО ФУНДАМЕНТУ
Як було визначено, закладання фундаменту повинно бути нижче глибини планувальної відмітки на 3,4…3,5 м. Попадаємо в 31 шар грунту, розрахунковий опір якого рівний 284 кПа Збірний стрічковий фундамент складається з фундаментних плит висотою 0,3 (0,4) м і стінових блоків висотою 0,58 м.
При підрахунку навантажень на фундамент дана споруда класифікується як споруда із жорсткою конструктивною схемою, тому вертикальна сила передається фундаменту без ексцентриситету. Горизонтальна сила від бокового тиску грунту на стінку підвалу, що сприймається перекриттям першого поверху і підлогою підвалу, в розрахунку не враховується.
Визначення ширини підошви фундаменту в першому наближенні
По перерізу 1 – 1:
31 шар грунту:
м2
м
По перерізу 3 – 3
31 шар грунту:
м2
м
Визначення розрахункового опору ґрунту
