Наука в системе культуры

Контрольные вопросы к работам  №1, №2.

 

1. Группы основных элементов  зданий, их краткая характеристика.

Основные элементы зданий подразделяются на следующие группы:

а) несущие конструкции, воспринимающие основные нагрузка,

б) ограждающие конструкции, разделяющие помещения, защищающие их от внешних и внутренних воздействий и обеспечивающие в помещениях заданные условия;

в) элементы, совмещающие несущие и ограждающие функции.

Наиболее  значительные внешние и внутренние нагрузки воспринимают конструкции зданий и сооружений промышленных предприятий тяжелой индустрии. Несущие конструкции таких зданий в основном состоят из фундаментов, колонн и стоек (реже стен), покрытий и перекрытий, подкрановых балок и связей. От качественных проектных решений конструкций зависит устойчивость, прочность и долговечность эксплуатации зданий и сооружений. Не менее значительную роль играет взаимодействие конструкций зданий с внешними и внутренними нагрузками, особенно, взаимодействие их с грунтами оснований.

 

2. Что называется основанием, фундаментом?

Основание - есть толща     массива грунтов, на которых возводят сооружения. Основания воспринимают от сооружений нагрузку и оказывают влияние на их прочность, устойчивость и нормальную эксплуатацию.

   Фундаментом     называют подземную или подводную часть здания или сооружения, расположенную ниже поверхности земли, которая воспринимает нагрузку от надземной части и передает ее на основание. При этом объем грунта, который воспринимает нагрузку от фундамента и деформируется, является   рабочей или активной частью основания

 

3. Группы грунтов в строительстве,  их основные свойства.

      В строительстве различают две группы грунтов:  обычные и со специфическими строительными свойствами. К обычным грунтам относятся : скальные, глинистые в сыпучие породы. Грунты со специфическими строительными свойствами - это лесс, торф, ил, мел. чернозем и т.д.

Скальные  породы обладают высокими прочностными свойствами, то есть большой несущей  способностью в пределах 100-300 Мегапаскаль (МПа). К ним относятся породы магматические (гранит, базальт), метаморфические (мрамор, кварц) и осадочные сцементированные (песчаники, кремнистые известняки). Скальные породы обеспечивают высокую прочность основания   и пригодны для строительства всех типов сооружений.

Глинистые породы - различные глины, суглинки, супеси   в различной консистенции (твердая, пластичная, текучая) соответственно I, П, Ш групп. Эти грунты обладают достаточной прочностью и служат основанием для большинства зданий и сооружений. Особенность глин - способность к размягчению в воде (набухание) и увеличение объема при замораживании (пучение). Сооружения, построенные на глинистых грунтах, могут иметь значительные деформации. Осадки сооружений на глинистых грунтах растянуты во времени я затухают через несколько лет, а иногда и десятков лет.

Сыпучие породы - это пески, гравий, галечники, щебень. Эти грунты характеризуются  отсутствием прочных связей между  зернами, водопроницаемостью, подверженностью  к пучению, сильно изменяются под влиянием динамических  нагрузок. В целом сыпучие породы пригодны для строительства легких сооружений. В силу своих высоких фильтрационных свойств сыпучие породы практически не пригодны для строительства водоудерживающих сооружений. Осадка сыпучих грунтов происходит быстро, но и быстро затухает.

Грунты со специфическими строительными свойствами обладают низкой несущей способностью. При строительстве эти грунты либо удаляют и заменяют на более прочные, либо укрепляют специальными способами. Сооружения, построенные на таких грунтах, испытывают значительные и резкие деформации.

 

4. Основные виды деформаций оснований  и сооружений.

Деформации основания в зависимости от причин возникновения бывают двух видов.

Первый - деформации от внешней нагрузки на основание. Это осадки, просадки, горизонтальные перемещения. Второй - деформации не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещении поверхности основания (оседания, просадки грунтов от собственного веса, подъемы и т.п.).

Совместная  деформация основания и сооружения характеризуется следующими величинами [1]:

• абсолютной осадкой основания отдельного фундамента(S);
• средней осадкой основания сооружения (Ŝ );
• относительной неравномерностью осадок двух фундаментов (ΔS/L);
• креном фундамента (сооружения) ( i );
• относительным прогибом или выгибом (f/L)
• кривизной изгибаемого участка сооружения (ρ );
• относительным углом закручивания сооружения (υ)

• горизонтальным перемещением фундамента  сооружения (u).

Общая осадка фундаментов складывается из следующих  элементов:

а) остаточной осадки перемятого верхнего слоя грунта при подготовке котлована землеройными механизмами;

б) пластических местных выдавливаний грунта в момент установки фундаментов и их загрузки;

в) длительных осадок уплотнения и затухающей ползучести сжатой зоны грунта под фундаментом.

Первые два  вида осадок следует избегать, для  чего котлован надо тщательно готовить. Длительная деформация уплотнения будет  наибольшей и зависит от свойств  грунтов в пределах сжимаемой  толщи основания. Для расчета  осадок фундамента необходимо иметь  следующие данные: инженерно-геологические  условия строительной площадки с  указанием мощности слоев грунта (литологический разрез);сведения об уровне грунтовых вод и физико-механических свойствах грунтов основания  в пределах активной зоны сжатия; размер и форму фундаментов, чувствительность здания к неравномерным осадкам; данные о глубине заложения фундаментов  и нагрузке на грунт от надфундаментных  конструкций.

 

5. Две группы предельных состояний  при проектировании оснований.

Основания рассчитываются по двум группам предельных состояний: первая — по несущей способности, вторая — по деформациям.

К первой группе предельных состояний оснований относятся  деформации неустановившейся ползучести, чрезмерные пластические деформации, резонансные колебания, потеря устойчивости формы и положения, вязкое или  хрупкое разрушение.

Ко второй группе предельных состояний относятся  такие состояния оснований, при  которых затрудняется нормальная эксплуатация здания или сооружения или снижается  его долговечность в результате недопустимых осадок, прогибов углов  поворота, а также колебаний, трещин и т. д.

Следует иметь в  виду, что потеря несущей способности  основания приводит чаще всего конструкции  здания или сооружения в предельное состояние первой группы. В этом случае предельные состояния основания  и конструкций здания или сооружения совпадают. Что касается деформаций основания, то они могут привести конструкции здания или сооружения в предельные состояния как второй, так и первой групп. В связи  с этим предельные деформации основания  могут ограничиваться прочностью, устойчивостью  и трещиностойкостью, а также  требованиями архитектурного, эксплуатационно-бытового и технологического характера.

 

6. В каких случаях выполняется  расчет основания по  несущей  способности, в каких по деформации?

Основание, фундамент и надземные  конструкции неразрывно связаны  между собой, взаимно влияют друг на друга и по существу рассматриваются как одна система. Однако, обычно, расчет оснований, фундаментов и конструкций выполняют раздельно. Чтобы в конечном итоге учесть особенности взаимной работы основания и сооружения проектирование оснований ведется по   предельным состояниям, которые подразделяются на две группы: по несущей способности и по деформациям. В первом случае определяется предельная и устанавливается безопасная нагрузка на основание, во втором случае определяются величины и характер перемещений различных точек поверхности основания, устанавливаются виды и предельные значения возможных деформация проектируемых зданий и сооружения. По деформациям основания рассчитываются всегда, по несущей способности в особых случаях предусмотренных СНИП 2.02.01-83.

 

 

7. Цель расчета основания по  деформации?

Целью расчета оснований по деформациям  является ограничение абсолютных или относительных перемещений фундаментов   и надфундаментных конструкций пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается     его долговечность. Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия

                      S ≤ S_u                                                                                     (I)

где S   - совместная деформация основания и сооружения, определенная расчетом;

Su - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, заданное СНиП.

       Левая часть условия (I) учитывает общее инженерно-геологическое строение площадки, особенности напластования и свойства грунтов основания, ожидаемые изменения геологических условий и свойств грунтов.

       Правая часть условия (I) учитывает особенности проектируемого объекта (здания или сооружения), конструктивные схемы, пространственную жесткость, особенности работы подземной частей и конструкций, чувствительность к деформациям, предъявляемые эксплуатационные и технологические требования. Чем ближе будут друг к другу левая и правая части условия (I), тем экономичнее запроектировано основание.

В настоящее время расчет деформаций основания выполняется по расчетным схемам в виде: линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи (Н_с) и линейно-деформируемого слоя..

 

8.  Как определяется граница  сжимаемой толщи грунта аналитически, графически?

Сжимаемую толщу ограничивают глубиной (Hc), ниже которой сжатием грунта можно пренебречь (рисунок 4). Она может быть определена аналитически и графоаналитически. В первом случае возможны два варианта.

1. Нижняя граница сжимаемой толщи основания - принимается на глубине   Z= Н_с, где выполняется условие  σ _zp ≤ 0.2 σ_zп..
2. Если нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается   в грунтах с модулем деформации  Е₀ ≤ 5 МПа или они залегают непосредственно под нею, то эти грунты нужно включить в сжимаемую толщу, а ее нижнюю границу перенести на глубину, где выполняется условие    σ _zp ≤ 0.1 σ_zп

Графо-аналитически нижняя граница сжимаемой толщи определяется в следующем порядке.

1. Строится геологический разрез по вертикальной оси, проходящей 
через точку, для которой определяется осадка.

2. На разрезе в том же масштабе наносится схема фундамента.
3. Вычисляют значения ординат ₍σ_zп,σ _{zp ,} 0.2σ_zп) и строят три эпюры: дополнительного вертикального напряжения от внешней нагрузки, вертикального напряжения от собственного веса грунта и вспомогательную  эпюру.
4. Нижняя граница сжимаемой толщи определяется точкой пересечения вспомогательной эпюры с эпюрой дополнительного напряжения.

      Применение второй расчетной схемы ограничено двумя условиями:

а) в пределах сжимаемой толщи основания залегает слой 
грунта с модулем деформации   Е ≥ 100 МПа и толщиной, удовлетворяющей условию

где   Е₂  - модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации Е₁;

б) ширина (диаметр) фундамента b 10 м. и модуль деформации 
грунтов основания   Е 10 МПа (100 кгс/см²).

 

9. Последовательность построения  эпюр вертикальных напряжений.

По вычисленным значениям σ_{zgi  ,} σ_{zgi  ,}строим эпюры вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве в масштабах: вертикальный 1:100 , горизонтальный 1мм – 5кПа.

Для построения эпюры (σ_zgi ) за начало координат принимается точка пересечения поверхности природного рельефа и поверхности оси симметрии фундамента (рис.7). Положение каждой точки эпюры получается отложением абсциссы - глубины слоя грунта от поверхности природного рельефа (dj) таблица исходных данных 1 и ординаты - вертикального напряжения от собственного веса грунта (σ_{zgi  ,}).

 

При построении эпюры дополнительных вертикальных напряжений за начало координат берется точка  пересечения подошвы фундамента и вертикальной оси симметрии фундамента. Положение каждой точки эпюры определяется абсциссой - глубиной элементарного слоя (Zj) грунта от подошвы фундамента и ординатной - дополнительными вертикальным напряжением (σ_{zgi  ,}). Данные для построения этой эпюры берутся из таблицы 2.

Рисунок 7 - Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом  полупространстве.

На рис. 2  а - эпюра вертикальных напряжений от собственного веса грунта; б -эпюра дополнительных вертикальных напряжений; в - вспомогательная эпюра; масштабы: линейный (вертикальный) 1:100; горизонтальный 1мм=5кПа.

 

 

10. С какой целью и с соблюдением  каких условий слои основания  разбиваются на элементарные  слои?

В соответствии со СНиП 2.02.01-83 расчет осадок методом  послойного суммирования производится с использованием расчетной схемы  основания в виде однородного  линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины  сжимаемой толщи.

Расчет  осадок методом послойного суммирования заключается в том, что осадку грунта под действием сооружения определяют как сумму осадок элементарных слоев грунта такой толщины, для  которых можно принимать без  особых погрешностей средние значения действующий напряжений и характеристик  грунта