Особенности проектирования оснований в Кузбассе
Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Кузбасский государственный
технический университет
Кафедра строительных конструкций
Учебная дисциплина «Основы строительного конструирования»
Контрольная работа по теме № 9
Выполнил:
Ст-нт гр.ЭСбЗ-11
Зимаков И.С.
Проверил:
Башин М.Ю.
Кемерово 2013
Содержание
1.Физико-механические свойства древесинных конструкций. 3
2.Основы расчета металлических конструкций 9
3.Особенности проектирования оснований в Кузбассе. 12
Список использованной литературы. 19
1.Физико-механические
свойства древесинных конструкций.
1.1.Физические
свойства деревянных конструкций
К физическим свойствам древесины относятся цвет, блеск, запах и текстура.
Цвет древесины обусловлен климатом, составом почвы, возрастом дерева, его породой и т. д. Цвет древесине придают находящиеся в ней дубильные, красящие, смолистые вещества и окислы этих веществ.
Блеск древесины — это способность отражать световой поток с поверхности в определенном направлении. Блеск зависит от плотности древесины, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Светлая и более плотная древесина обладает большим блеском, что придает текстуре древесины особую красоту.
Запах древесины зависит от количества эфирных масел, смол и дубильных веществ. Древесина только что срубленного дерева или сразу после ее механической обработки обладает сильным запахом, у хвойных пород более сильный запах, чем у древесины лиственных пород.
Текстура древесины — это естественный рисунок древесных волокон на обработанной поверхности, обусловленный особенностями ее строения (1.8). Текстура зависит от расположения древесных волокон на разрезе ствола, видимости годовых слоев, цветовой гаммы древесины, количества и размеров сердцевинных лучей. Декоративные породы: орех, красное дерево, дуб обладают красивыми текстурой и цветом, а также блеском.
Красивую текстуру имеет свилеватая древесина карельской березы. Красивую текстуру получают из дубовых кряжей, распиливая их в радиальном или тангентальном направлении для получения ножевой фанеры или текстурной дощечки. У бука, клена, дуба выразительная текстура при радиальном разрезе, у хвойных пород — при тангентальном разрезе.
По цвету, блеску и текстуре определяют породу древесины. Плотность древесины — это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см3 или кг/м3. Плотность зависит от влажности, породы, возраста и условий роста древесины. Различают относительную и абсолютную плотность древесины, определяемую в лабораторных условиях.
Полную насыщенность древесины водой называют границей гигроскопичности. Такая стадия влажности в зависимости от породы дерева составляет 25...35%.
Древесину, полученную после сушки при температуре 105 °С с полным выделением всей гигроскопической влаги, называют абсолютно сухой древесиной.
На практике различают древесину: комнатно-сухую (с влажностью 8... 12%), воздушно-сухую искусственной сушки (12...18%), атмосферно-сухую древесину (18...23 %) и влажную (влажность превышает 23 %).
18+ begun |
Древесину только что срубленного
дерева или находившуюся долгое время
в воде, называют мокрой, ее влажность
до 200 %. Различают также
Усушка древесины — это уменьшение ее объемных размеров при сушке в результате испарения гигроскопической влажности. Усушка (1.9) в тангенталь-ном направлении составляет 6..Л2 % (6... 12 см на 1 м), в-радиальном — 3...6 %, а вдоль волокон — около 0,1 %, т. е. 1 мм на 1 м, что обычно не учитывается.
Неравномерная усушка древесины по различным направлениям вызывает деформации и дефекты деревянных деталей и конструкций.
Разбухание древесины — это увеличение размеров и объема при насыщенности ее водой до границы гигроскопичности. Разбухание, как и усушка, неодинаково в различных направлениях.
Из-за усушки и разбухания
деревянные конструкции деформируются
и могут стать полностью
Коробление древесины
— результат неравномерной
Теплопроводность — это способность толщи древесины проводить тепло от одной поверхности к противоположной. Для древесины характерен низкий коэффициент теплопроводности древесины 0,17...0,31 Вт/ (м-°С), зависящий от породы, плотности, влажности и направления разреза. Сухая древесина плохой проводник тепла.
Звукопроводность — это
способность древесины
Качество древесины
Электропроводность сухой древесины незначительна. Это позволяет использовать древесину в качестве электроизоляционного материала. Электропроводность используют для определения влажности древесины.
Коррозионная стойкость древесины — это ее способность сопротивляться действию агрессивной среды -Древесина не подвержена воздействию слабых растворов щелочей, солей, различных органических и минеральных кислот. Хвойные породы более стойки к коррозии, чем лиственные породы.
1.2. Механические свойства древесины
Вертикальные статические нагрузки — это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, ее определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кгс/см2).
Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангентальном направлении.
По направлению действия силы (нагрузок) различают прочность древесины на сжатие, изгиб, скалывание, растяжение. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков.
Древесина работает на изгиб с опорой в середине (1 12, а) (доска-качель), с закрепленным концом (П2 б) (балка балкона), с опорами на концах , (балки перекрытия). Во всех случаях конструкции подвержены растяжению и сжатию. В двух первых вариантах верхний слои конструкции растянут, а нижний - сжат, в третьем варианте -верхний слой сжат, а нижний растянут. В первом и третьем вариантах от воздействия критического момента разрушение произойдет в середине детали, во втором варианте - в месте ее закрепления. Во всех вариантах изгиба граница действия сил сжатия и растяжения проходит через ось в центре конструкции. Ее называют нейтральным слоем, так как здесь отсутствуют силы сжатия и растяжения, но действуют силы сдвига.
Предел прочности древесины на сдвиг (скалывание) — это способность ее сопротивляться перемещению вдоль и поперек волокон (1.13,а,б,). Прочность на скалывание поперек волокон больше, чем вдоль волокон.
Прочность забитых гвоздей при растяжении зависит от вида сопряжения детали (1.14). В первом случае оно в два раза меньше, чем при двойном.
Скалывание в деревянных конструкциях в узлах фермы действует совместно с силами на сжатие и изгиб.
18+ begun |
Прочность древесины зависит
от влажности и объемной массы. При
увеличении влажности ее прочность
уменьшается. Плотная сухая древесина
более прочная, чем легкая и рыхлая.
Неодинакова прочность
Для древесины характерны эластичность и пластичность. Эластичность используется в рукоятках ручных инструментов, уменьшающих силу удара, например в ручке стамески.
Пластичность — способность
древесины сохранять приданную
ей форму после снятия приложенной
нагрузки. Влажность и повышение
температуры древесины
Хрупкость — это свойство древесины внезапно разрушаться под воздействием нагрузки. Хрупкой древесины не существует, это объясняется ее волокнистым строением.
Твердость древесины —
это способность сопротивляться
внедрению инородного тела. Увеличение
объемной массы древесины повышает
ее твердость и увеличивает
С увеличением влажности
твердость древесины
Износостойкость — это
способность древесины
Износ древесины определяется
стиранием поверхности при
2.Основы
расчета металлических
Проектирование металлических конструкций
– многоэтапный процесс, включающий в
себя выбор конструктивной формы, расчет
и разработку чертежей для изготовления
и монтажа конструкций.
Целью расчета является строгое обоснование
габаритов конструкции, ее размеров поперечных
сечений и их соединений обеспечивающих
условия эксплуатации в течение всего
срока с необходимой надежностью и долговечностью
при минимальных затратах материалов
и труда на их создание и эксплуатацию.
Эти требования часто противоречат друг
другу (минимальный расход металла и надежность),
поэтому реальное проектирование является
процессом поиска конструктивного оптимального
решения.
Расчет состоит из
следующих этапов:
-
установления расчетной схемы; -
сбор нагрузок; -
определения усилий в элементах конструкций; -
подбор сечений; -
проверка допустимости напряженно-деформированного состояния конструкций, ее элементов и соединений.
До 1951г. расчет металлических конструкций
производился по допускаемым напряжениям
с использованием единого коэффициента
запаса. В 1951г. выходят новые строительные
нормы и правила, основанные на методе
предельных состояний, где вместо одного
используются три коэффициента, обоснованные
методами математической статистики.
Достоинством методики допустимых напряжений
является простота, но эта методика недостаточно
точно учитывает факторы, влияющие на
работу конструкции. Вероятностные методы
слишком сложны для повседневной инженерной
практики. Применение их оправдано при
проектировании уникальных, ответственных
сооружений.
Поэтому оптимальной считается методика
предельных состояний, которая проста
и научно обоснована.
Основные положения
расчета металлических конструкций
Предельным называется
состояние конструкции, при котором она
перестает удовлетворять эксплуатационным
требованиям.
В соответствии с характером требований,
предъявляемых к конструкции, различают
первое и второе предельное состояния. В
нормах проектирования они фигурируют
как группы предельных состояний:
I группа включает
в себя потери несущей способности и полную
непригодность конструкции к эксплуатации
вследствие потери устойчивости, разрушения
металла, качественного изменения конфигурации,
чрезмерного развития пластических деформаций.
II группа предельных
состояний характеризуется затруднением
нормальной эксплуатации сооружений или
снижением долговечности вследствие появления
недопустимых перемещений (прогибов, осадок
опор, углов поворота колебаний, трещин
и т.п.).
Расчетные формулы для подбора сечений
и проверки несущей способности конструкции
по первому предельному состоянию исходят
из основного неравенства
,
где N – предельное
наибольшее усилие в конструкции, вызываемое
внешними воздействиями; S – предельная
несущая способность конструкции, зависящая
от прочности материала, размеров поперечного
сечения и условий работы конструкции.
Нормативные нагрузки определяются по
СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”.
Обычно на конструкции действует одновременно
несколько видов нагрузок. Поэтому и суммарное
воздействие всех расчетных нагрузок
должно иметь статистическую изменчивость.
Чем больше одновременно действующих
нагрузок учитывается в расчете, тем меньше
вероятность превышения их максимального
суммарного воздействия.
Классификация нагрузок
и их сочетаний
При методике предельных состояний все
нагрузки классифицированы в зависимости
от вероятности их воздействия на нормативные и расчетные.
По признаку воздействия нагрузки
разделяются на:
-
Постоянные нагрузки – собственный вес несущих и ограждающих конструкций, давление грунта, предварительное напряжение. -
Временные длительные нагрузки – вес стационарного технологического оборудования, вес складируемых материалов в хранилищах, давление газов, жидкостей и сыпучих материалов в емкостях и т.д.
-
Длительные нагрузки
-
Кратковременные нагрузки – нормативные нагрузки от снега, ветра, подвижного подъемно-транспортного оборудования, массы людей, животных и т.п.
-
Особые нагрузки – сейсмические воздействия, взрывные воздействия. Нагрузки, возникающие в процессе монтажа конструкций. Нагрузки, связанные с поломкой технологического оборудования, воздействия, связанные с деформациями основания в связи с изменениями структуры грунта (просадочные грунты, осадка грунтов в карстовых районах и над подземными выработками).
-
Полезные нагрузки, восприятие которых составляет цельное назначение сооружений, например, вес людей для пешеходного моста. Они бывают как временными, так и постоянным, например, вес монументального выставочного сооружения является постоянной нагрузкой для постамента. Для фундамента вес всех вышележащих конструкций также представляет полезную нагрузку.
В СНиПе 2.01.07-85 “ Нагрузки и воздействия”
различают:
-
основные сочетания, состоящие из постоянных и временных нагрузок; -
особые сочетания, состоящие из постоянных, временных и одной из особых нагрузок.
3.Особенности
проектирования оснований в Кузбассе.
Основанием считают слои
грунта, залегающие ниже подошвы фундамента
и в стороны от него, воспринимающие
нагрузку от сооружения и влияющие
на устойчивость фундамента и его
перемещения. Проектирование оснований
зданий и сооружений зависит от большого
количества факторов, основными из
которых являются: геологическое
и гидрогеологическое строение грунта;
климатические условия района строительства;
конструкция сооружаемого здания и
фундамента; характер нагрузок, действующих
на грунт основания, и т.д. Основания
под фундаменты зданий и сооружений
бывают естественными и
Естественными основаниями называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения. Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта; их устройство заключается в разработке котлована на расчетную глубину заложения фундамента здания или сооружения. К грунтам, пригодным для устройства естественных оснований, относятся скальные и нескальные.
Наименование грунтов, а также критерии выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в СНиП «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».
Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для упрочнения слабых грунтов необходимо выполнять различные инженерные мероприятия. К слабым относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты. Грунты с органическими примесями включают: растительный грунт, ил, торф, болотный грунт. Насыпные грунты образуются искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки. Перечисленные грунты неоднородны по своему составу, рыхлые, обладают значительной и неравномерной сжимаемостью. Поэтому в качестве оснований их используют только после укрепления: уплотнением, цементацией, силикатизацией, битумизацией или термическим способом.
Грунт (нем. Grund — основа, почва) — любые горные породы, почвы, осадки, техногенные (антропогенные) образования, представляющие собой многокомпонентные, динамичные системы, являющиеся компонентами геологической среды и объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.
• I - категория - Песок, супесь, суглинок лёгкий
(влажный), грунт растительного слоя, торф.
• II - категория
- Суглинок, гравий мелкий и средний, глина
лёгкая влажная
• III - категория
- Глина средняя или тяжёлая,разрыхлённая,
суглинок плотный
• IV - категория
- Глина тяжёлая. Вечномёрзлые сезонно
промерзающие грунты:растительный слой,торф,
пески, супеси, суглинки и глины
• V - категория
- Крепкий глинистый сланец. Некрепкий
песчаник и известняк. Мягкий конгломерат.
Вечномёрзлые сезонно промерзающие грунты:супеси,
суглинки и глины с примесью гравия,гальки,щебня
и валунов до 10% по объёму,а также моренные
грунты и речные отложения с содержанием
крупной гальки и валунов до 30% по объёму.
• VI - категория
- Сланцы крепкие.Песчаник глинистый и
слабый мергелистый известняк. Мягкий
доломит и средний змеевик. Вечномёрзлые
сезонно промерзающие грунты: супеси,
суглинки и глины с примесью гравия, гальки,
щебня и валунов до 10% по объёму, а также
моренные грунты и речные отложения с
содержанием крупной гальки и валунов
до 50% по объёму
•VII - категория
- Сланцы окварцованные и слюдяные. Песчаник
плотный и твёрдый мергелистый известняк.
Плотный доломит и крепкий змеевик. Мрамор.
Вечномёрзлые сезонно промерзающие грунты:
моренные грунты и речные отложения с
содержанием крупной гальки и валунов
до 70% по объёму.
Виды грунтов
• Плывуны - содержат
мелкие глинистые или песчаные частицы,
разбавленные водой. Степень плывучести
определяется по количеству воды в грунте.
• Сыпучие грунты
(песок, гравий, щебень, галька) состоят
из слабосцепленных между собой частиц
разного размера.
• Мягкие грунты - содержат
слабосвязанные между собой частицы землистых
пород (глинистых или песчано-глинистых).
Слабые грунты (гипс, глинистые сланцы
и др.) состоят из слабосвязанных между
собой частиц пористых пород.
• Средние грунты - (плотные
известняки, плотные сланцы, песчаники,
известковый шпат) состоят из связанных
между собой частиц пород средней твердости.
• Крепкие грунты - (плотные
известняки, кварцевые породы, полевые
шпаты и др.) содержат связанные между
собой частицы пород большой твердости.
Разрабатывать плывуны, сыпучие, мягкие
и слабые грунты легко, но они требуют
постоянного укрепления стенок шахты
деревянными щитами с распорками. Средние
и крепкие грунты разрабатывать тяжелее,
но они не осыпаются и не требуют дополнительного
крепления.
• Асфальт (от греч. άσφαλτος — горная смола)
— смесь битумов (60-75 % в природном асфальте,
13-60 % — в искусственном) с минеральными
материалами: гравием и песком (щебнем
или гравием, песком и минеральным порошком
в искусственном асфальте). смесей. Классический
асфальтобетон состоит из щебня, песка,
минерального порошка (филера) и битумного
вяжущего (битум, полимерно-битумное вяжущее;
ранее использовался дёготь, однако он
в настоящее время не применяется).
Фундамент – подземная опорная часть здания (сооружения), основная функция которого передавать на грунт (основание) нагрузку, создаваемую весом здания (сооружения).
Основными требованиями, предъявляемыми
к фундаментам, являются: прочность,
устойчивость, сопротивляемость влиянию
атмосферных условий и
Фундаменты, как правило, закладываются ниже глубины промерзания грунта, для того, чтобы предотвратить их выпучивание. На непучинистых грунтах при строительстве легких деревянных построек применяют мелкозаглубленные фундаменты.
Для строительства зданий применяются ленточные, стаканные, столбчатые, свайные и плитные фундаменты. Они бывают сборные, монолитные и сборно-монолитные. Выбор фундамента зависит от сейсмичности местности, грунта и от архитектурных решений.
Классификация фундаментов
По назначению
- Несущий;
- Комбинированный, то есть способный, в дополнение к несущим функциям, выполнять еще и функции сейсмической защиты;
- Неглубокого заложения на естественных основаниях или искусственных;
- Глубокого заложения;
- Специальные, например, экспериментальные антисейсмические "качающиеся" фундаменты; "плавающие" фундаменты, давление которых равно давлению вынутого грунта и другие.
По материалу
- Каменный:
бутовый;
бутобетонный;
кирпичный.
- Железобетонный:
сборный;
монолитный.
- Деревянный.
- Ячеистобетонный
По типу конструкции
- Столбчатый фундамент
- Ленточный (сборный или монолитный):
- заглубленный (ниже глубины промерзания);
- малозаглубленный (выше глубины промерзания);
- Свайный (сборный или монолитный):
- на забивных сваях;
- на трубобетонных сваях;
- на буронабивных сваях;
- на набивных сваях;
- на сваях-оболочках;
- на винтовых сваях;
- Свайно-ростверковый фундамент
- Плитный
- Континуальные, то есть очень объёмные, большие, чаще всего близкие к форме круга или квадрата, которые нельзя рассматривать как отдельностоящий столбчатый, плитный, ленточный или свайный фундамент. Обычно это: опоры мостов, силосов, бункеров и т.д.
Рассмотрев виды грунтов и фундаментов перейдем к проблемам проектирования оснований в Кемеровской области.
Во-первых, в КО преобладают II и III группы грунтов.
Во-вторых, большое количество площадей относится к так называемым «подработанным» территориям, т.е. под основанием которых были произведены работы по извлечению полезных ископаемых.
При строительстве на просадочных и подработанных грунтах без выполнения специальных мероприятий здание или его часть может неожиданно резко опуститься вследствие потери грунтом своей несущей способности. Результатом будет обрушение конструкций дома.
Мероприятия. Нагрузка от частных домов на основание невелика, и их можно строить на просадочных грунтах с учетом нормативных требований (ДБН В.1.1-5-2000 «Здания и сооружения на подработанных территориях и проса-дочных грунтах») и при участии конструктора. Обязательно следует сделать геологические изыскания и выполнить расчет фундаментов, чтобы не превысить допустимую нагрузку. Необходимо также, чтобы конструкция здания была жесткой, обеспечивающей его целостность при потере опоры.
При просадках, в случаях когда несущая способность грунтов особенно низкая, а здание имеет два и более этажа, принимают меры по их укреплению или устранению возможности просадки. Для этого используют один из следующих способов, определенных исключительно конструкторским расчетом:
- уплотнение тяжелыми трамбовками и вибраторами; использование грунтовых подушек из непросадочных или уплотненных грунтов;
- предварительное замачивание грунта с целью его самоуплотнения;
- защита грунта от проникновения воды.
Практикуют также заглубление фундамента ниже просадочных грунтов и подземных пустот, установку свай. Чтобы предотвратить попадание воды в толщу просадочных грунтов в основании здания, при планировке территории лучше всего сохранить природный рельеф, а если это не удается, грунт вокруг здания тщательно утрамбовывают, покрывают асфальтом или дерном, дождевую воду уводят в канализацию. Ширина отмостки вокруг здания должна составлять не менее 2 м. Сети водопровода и канализации должны функционировать без протечек, дождевую воду с крыши дома уводят подальше от отмостки.
Дополнительные расходы: на геологические изыскания, конструкторские расчеты, мероприятия по уплотнению или подсыпке грунтов, устройство глубоких фундаментов, свай.
Список использованной литературы.
-
СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”. -
СНиП II-23-81 «Стальные конструкции» -
Беленя Е.И., Стрелецкий Н.Н., Ведеников Г.С. Металлические конструкции: Спец. курс: Учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб.и доп. – М.: Стройиздат, 1982. – 472с. -
Бирюлев В.В., Кошин И.И., Крылов И.И., Сильвестров А.В. Проектирование металлических конструкий: Спец. курс. Учеб. для вузов. – Л.: Стройиздат, 1990 – 432с. -
Горев В.В., Уваров Б.Ю., Филиппов В.В., Белый Г.И. и др. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Конструкции зданий: Учеб. для строит. вузов. – 2-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2002. – 528с.: ил. -
Михайлов А.М. Металлические конструкции в примерах: Учеб. для техникумов. – М., Стройиздат, 1976. – 320с. -
Сетков В.И., Сербин Е.П. Строительные конструкции: Учебник. – 2-е изд., доп. и испр. – М.: ИНФРА-М, 2005. – 448с. -
Файбишенко В.К. Металлические конструкции: Учеб. для вузов. – М.: Стройиздат, 1984. – 336с