Методики и варианты расчета свайного фундамента

Здравствуйте, уважаемые читатели! Открыта перед вами удивительная и захватывающая тема статьи — "Методики и варианты расчета свайного фундамента". Строительство дома – это всегда серьезный шаг, требующий знаний и огромного труда. И одним из важнейших этапов в этом процессе является создание надежного фундамента. Именно от качества его конструкции зависит прочность и долговечность всего здания.

Свайный фундамент – один из самых популярных и эффективных способов обеспечить надежное основание для строения. Ведь сваи способны выдерживать самые тяжелые нагрузки и компенсировать деформации грунта. Но как выбрать оптимальный вариант свайного фундамента и правильно его рассчитать?

В нашей статье мы рассмотрим различные методики и варианты расчета свайного фундамента, которые помогут вам принять обоснованное решение и избежать ошибок при строительстве. Мы расскажем о принципах работы свайного фундамента, покажем основные этапы процесса его расчета и дадим практические советы по выбору материалов и конструктивных решений.

Мы постараемся изложить сложные инженерные термины простым языком, чтобы информация была доступна даже тем, кто не имеет специальных знаний в области строительства. Ведь каждый из нас мечтает о своем уютном доме, но при этом не обязан быть экспертом в области фундаментов.

Наша команда профессионалов собрала для вас самую полезную и интересную информацию о расчете свайного фундамента. Мы надеемся, что эта статья станет для вас надежным источником знаний и поможет вам принять правильное решение во время строительства. Пристегните ремни безопасности, ведь у нас впереди увлекательное путешествие в мир строительства и строительных материалов!

Методы

Подготовка к проектированию начинается с геологических изысканий на участке. Результаты исследований дают возможность оценить несущую способность почвы и определить, какие пласты будут несущими.

Затем собираются суммарные нагрузки проектного сооружения. При этом учитываются не только вес стен, перекрытий и крови, но также масса снегового настила и эксплуатационные нагрузки (вес людей, мебели, оборудования). Полученные сведения позволяют определить несущую способность одного опорного элемента, а также выбрать тип и количество свай.

В задачи конструктора входит необходимость исключения рисков, связанных с осадкой, деформацией и разрушением фундамента в процессе монтажа и эксплуатации.

Определение осадки силовой конструкции послойным суммированием

Метод заключается в суммировании показателей на сжатие всех пластов грунта, на которые оказывает давление опорная конструкция. Для этого необходимо определить осадку каждого слоя по формуле:

где:

  • Р – усредненное уплотняющее давление (берется из нормативной документации);
  • m – коэффициент, отражающий степень сжимаемости почвенных масс (определяется в результате компрессионных испытаний);
  • р – толщина исследуемого пласта.

Соответственно, суммарный показатель будет равен:

где:

  • Е – модуль деформации пласта;
  • β – коэффициент (принимается равным 0,8 согласно СНиП).

Полученные значения деформаций и осадок для свайного фундамента не должны превышать предельное значение совместной деформации основания и сооружения, установленные в СНиП 2.02.01-83.

Тип сооружения Максимальная осадка, см
Производственные и гражданские дома с монолитными перекрытиями 10
Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из бетонных перекрытий 12–18
Конструкции, в которых не возникают деформации от осадок 20

Расчет основания по деформациям

Методика основана на проверке условия:

где:

  • p — среднее давление под подошвой фундамента; – равномерно распределенная нагрузка на пол нулевого этажа (для промышленных зданий , для жилых помещений – 1,5 кПа, бытовых – 2,0 кПа);
  • q – расчетное сопротивление грунта (берется из нормативной документации).

где:

  • N – суммарные проектные нагрузки с учетом веса фундамента и грунта, лежащего на его уступах;
  • Aф – площадь подошвы фундамента.

Если определяющее условие не выполняется, то увеличивают площадь подошвы фундамента. Оптимальным считается значение, когда среднее давление пол подошвой меньше сопротивления грунта на 20%.

Что нужно знать, чтобы все правильно рассчитать?

Перед проектированием конструктору необходимо знать перечень параметров, получаемых изыскательным и расчетным путем.

В результате геологических испытаний определяют:

  1. Физико-механические и химические свойства почвы.
  2. Состав слоев.
  3. Глубину залегания подземных источников.
  4. Особенности гидрогеологии.
  5. Точку сезонного промерзания грунта.
  6. Риск сезонного подтопления.
  7. Уровень залегания твердых слоев.

В результате инженерных расчетов узнают:

  • суммарную нагрузку проектного сооружения;
  • несущую способность силовой конструкции;
  • схему расположения свай;
  • характеристики опор;
  • величину средней осадки и т.д.

Выше указаны только основные параметры, но на практике часто приходится проводить и другие расчеты, связанные с проверкой надежности проектного основания.

Нагрузки на свайный фундамент

Совокупность нагрузок складывает из трех основных параметров:

  1. Массы здания (стен, кровли, перекрытий с учетом удельного веса распространенных строительных материалов).
  2. Расчетных снеговых нагрузок (согласно СНиП № 2.01.07-85, параметр для южных регионов РФ равен 50 кг/м², центральных – 100 кг/м², северных – 190 кг/м²).
  3. Эксплуатационные нагрузки (вес людей, масса предметов интерьера, оборудования и т.д.)

Согласно СНиП, для жилых сооружений принимают усредненное значение эксплуатационной нагрузки, равное 150 кг/м².

Количество свай

Количество свай определяется исходя из таких параметров:

  • проектный вес сооружения;
  • сопротивление грунта;
  • допустимая нагрузка одного конструктивного элемента;
  • выбранный шаг между опорами.

Зная суммарную нагрузку на основание, делят показатель на несущую способность одной сваи и получают необходимое количество силовых элементов. Затем пересчитывают суммарную нагрузку на грунт с учетом веса основания, делят на опорную площадь фундамента и сравнивают результат с сопротивлением грунта.

Если остается риск проседания почвы, то увеличивают опорную площадь фундамента, выбирая сваи прочнее или уменьшая шаг между конструктивными элементами.

Оптимальное расстояние

Минимально допустимое расстояние между двумя опорными элементами равно трем диаметрам свай (не меньше одного метра). Исключение составляет технология с монтажом опор под наклоном. В этом случае сваи можно расставлять с шагом в 1,5 диаметра.

Согласно общепринятой классификации, максимальное расстояние между опорами может быть равным 6 диаметрам (не больше 3 метров). Для всех типов свай оптимальным считается шаг в 1,5 – 2 метра.

Основные схемы размещения

Как правило, сваи размещают по периметру сооружения, а также под несущими стенами при условии, что каждый угол конструкции удерживает как минимум один силовой элемент. Для малогабаритных построек сваи можно располагать в один ряд или несколько (параллельно или в шахматном порядке, выдерживая допустимый шаг).

Глубина и высота

Глубина сваи определяется, исходя из расположения твердого несущего пласта, а также точки сезонного промерзания почвы. Уровень промерзания грунта находят по формуле:

где:

  • Mt – суммарное значение среднемесячных отрицательных температур за зиму;
  • d0 – коэффициент (принимается равным: для крупнообломочных грунтов – 0,34, песков средней крупности – 0,3, супесей – 0,28, глин – 0,23).

Согласно нормативным требованиям, минимальная высота цоколя – 20 см, но эксперты рекомендуют придерживаться величины 30–45 см. Для деревянных домов нижний этаж можно поднять на 50 см от уровня земли, а для регионов с высоким снежным настилом – на 90 см и более.

Пример для каркасного дома

Найдем количество силовых элементов фундамента для каркасного дома, проектируемого на грунте с несущей способность 3,5 кг/см².

Вначале необходимо определить суммарный вес сооружения и фундамента, а затем добавить к нему запас прочности 30%. Например, вес здания с учетом всех характеристик будет равен 150 тонн.

Определим площадь подошвы сваи круглого сечения диаметром 50 см по классической формуле πR²: 3,14 х 252 = 3892,5 см².

Рассчитаем количество свай для распределения нагрузки: 150 000 / 3892,5 = 38,54; получаем: 38,54 / 3,5 = 11,01 шт.

Таким образом для заданных условий потребуется 11 свай. Опорные элементы располагают под углами конструкции, а также под несущими стенами с шагом 1,5–2,5 м.

Особенности для свайно-винтового основания

Расчет свайно-винтового фундамента проводят по методике, описанной ранее. Отличительной особенностью является то, что на этапе геодезических исследований измеряют коррозионную агрессивность почвы и на основе полученных данных подбирают сваи с определенной толщиной стенки трубы и лопастей (в соответствии с ГОСТ 27751-2014).

Чтобы удостовериться в правильности выбранных параметров, выполняют расчет срока службы фундамента, проверяя остаточную толщину стенки на соответствие проектным нагрузкам.

Таблица расчета нагрузки на винтовые сваи:

Конструктивный элемент Коэффициент надежности Формула расчета
Внешние стены 1,1 Lстен х hстен х Mстен х 1,1
Внутренние стены 1,1 Nэтажей х hэтажа х Lстен х Mстен х 1,1
перегородки 1,2 hэтажа х Lперег. х Mперег. х 1,2
Перекрытия 1,1 Nперекр. х Sперекр. х 1,1
Кровля 1,2 (Sкровли х М кровли х 1,2)/ косинус угла наклона кровли
Фундамент 1,05 Nсвай х Mсвай х 1,1
Полезная нагрузка 1,2 Nэтаж. х Sэтаж. х 150 х 1,1
Снеговая нагрузка 1,4 Mсн. х Sкр. х 1,4

Пример

Исходные условия:

  1. Одноэтажный каркасный дом площадью 6 на 6 м на винтовых сваях.
  2. Металлическая вальмовая кровля.
  3. Толщина внутренних перегородок – 800 мм.
  4. Толщина внешних стен с утеплителем – 1000 мм.
  5. Высота этажа – 3 м.
  6. Общая длина перегородок – 25 м.
  7. На участке глинистый тип грунтов.
  8. Глубина промерзания – 3 м.
  9. Нормативная снеговая нагрузка – 180 кг/м².

Выбираем винтовые сваи диаметром 108 м и высотой 4 м (с учетом глубины промерзания грунта, высота цоколя и запаса). Количество свай принимаем равным 9: по углам конструкции и между угловыми силовыми элементами (шаг 1,5 м).

Какой из этих инструментов вы бы хотели получить в подарок?

Просмотреть результаты

Загрузка ... Загрузка ...

Рассчитываем суммарные нагрузки с учетом запаса надежности:

  • нагрузка внешних стен – 6600 кг;
  • внутренних стен – 1980 кг;
  • перегородок – 2204 кг;
  • перекрытий – 11880 кг;
  • кровли – 3700 кг.

Находим предварительный вес фундамента для 9 свай весом 40 кг с запасом прочности (5%): 9 х 40 х 1,05 = 378 кг.

Рассчитываем полезную нагрузку, исходя из установленного значения 150 кг/м² и коэффициента надежности 1,2: 6 х 6 х 150 х1,2 = 6480 кг.

Снеговая нагрузка (запас прочности 40%): 6 х 6 х 180 х 1,4 = 9072 кг.

Суммарная нагрузка на грунт будет равна 42294 кг. Принимая во внимание несущую способность одной опоры (5 тонн), проверяет количество необходимых силовых элементов: 42 т / 5 т = 8,4 шт.

Окончательно принимаем 9 свай для фундамента. Расставляем силовые элемента согласно ранее выбранной схемы.

Свайный фундамент — это конструктивная система, которая используется для укрепления зданий на непрочных грунтах или в условиях высокого уровня грунтовых вод. Расчет такого фундамента основан на анализе геологических данных, нагрузках, которые будет нести здание, а также характеристиках грунта. Варианты расчета могут включать определение оптимальной глубины свай, количества свай и расстояния между ними. Это позволяет инженерам точно определить необходимое количество и тип свай для экономически эффективного и безопасного строительства. Правильно спроектированный и рассчитанный свайный фундамент обеспечивает надежное основание для здания и предотвращает проблемы, связанные с неустойчивым грунтом или подземными водами.

Нюансы для свайно-ростверковой конструкции

В данном типе силовой конструкции сваи воспринимают суммарные нагрузки, а ростверк отвечает за распределение массы проектного сооружения по всей площади основания.

Расчет фундамента заключается в определении глубины залегания опор, выборе количества свай, а также параметров ростверка.

Расчет ростверка

Здание опирается на верхнюю часть основания, при этом передача нагрузок от вышерасположенных элементов происходит неравномерно. Помимо определения размеров ленты, находят центральные нагрузки на продавливание колонной, рассчитывают:

  • прочность стакана ростверка,
  • давление на боковые поверхности,
  • а также изгибающие моменты.

Для выполнения перечисленных инженерных расчетов требуются специальные знания и навыки, поэтому проектирование свайно-ростверкового основания целесообразно доверить профессионалам.

Пример

Исходные условия:

  1. Одноэтажное кирпичное здание площадью 6 на 9 м с двумя перекрытиями из железобетона толщиной 20 см.
  2. Толщина стен – 38 см.
  3. Высота этажа – 3,15 м.
  4. Тип грунта – супесь (R = 46 т/м², fin = 1,2 т/м²).
  5. Глубина несущего пласта – 3,1 м.
  6. Вес снежного покрова – 80 кг/м².

Рассчитаем нагрузки с учетом коэффициентов запаса по схеме, описанной ранее, и получим суммарный вес сооружения равный 184 536 кг.

Предварительно пример параметры фундамента:

  • ширина ростверка – 400 мм;
  • высота ростверка– 500 мм;
  • длина свай – 3 м;
  • диметр сечения ж/б свай – 0,5 см;
  • шаг – 1,5 м.

По чертежу рассчитаем длину ростверка (например, 30 м) и раздели на принятый шаг (1,5 м). К полученному значению добавим один запасной силовой элемент и получим потребность в опорах, которая составит 21 штуку.

Площадь сваи: 3,14 х 0,52/4 = 0,196 м². Периметр сваи: 2 х 3,14 х 0,5 = 3,14 м. Масса ростверка: 0,4м х 0,5м х 3м0 х 2500кг/м3 х 1,3 = 19500 кг. Масса свай: 21 х 3м х 0,196м2 х 2500кг/м3 х 1,3 = 40131 кг.

Суммарный вес возводимой конструкции (дома и фундамента) составит: 184 536 кг + 19500 кг + 40131 кг = 244167 кг. Нагрузка на погонный метр ростверка: Q = 244167 кг/30 м = 8100 кг/м.

Допустимая нагрузка на опору составит: P = (0,7 х R х S) + (u х 0,8 х fin х li) = (0,7 х 46 т/м2 х 0,196м2) + (3,14м х 0,8 х 1,2т/м2 х 3м) =15,35 т.

Окончательный шаг свай: P/Q = 15,35/8,1= 1,9 м. Масса конструкции без учета свай: 184 536 кг + 19500 кг = 204 т. Ширина ленты: М / (L х R) = 204/(30 х 75) = 0,09 м.

Такую ленту использовать нельзя, потому что толщина стен не должна превышать ширину ростверка более, чем на 4 см. Оставляем принятые в начале расчетов параметры верхнего силового элемента.

Как рассчитать свайно-плитный?

Особенность расчета сводится к определению оптимальной площади плиты:

где:

  • Kn – коэффициент надежности ростверка относительно нагрузкам;
  • F – суммарная нагрузка на фундамент;
  • Кр – коэффициент, зависящий от типа грунта (в пределах 0,7 – 1,05);
  • R – сопротивление грунта.

Расчет фундамента должен включать:

  • определение нагрузок на плиту и сваи;
  • определение усилий в конструктивных элементах;
  • определение перемещения конструкции в целом и ее отдельных элементов.

В инженерных расчетах необходимо учесть:

  1. Возможность деформаций.
  2. Внутренние усилия.
  3. Просадки, подвижки конструкции и другие значимые аспекты.

Оптимальное соотношением параметров нивелируется за счет изменения толщины плиты, количества и диаметра арматуры, параметров опор и глубины погружения. Также нужно учесть связь между стволами свай и плитой. Самостоятельно провести вычисления невозможно, поэтому проектирование доверяют специалистам.

Специальные программы

Когда самостоятельно повести расчеты нет возможности, а бюджет не позволяет обратиться в специализированную компанию, можно воспользоваться программами для определения искомых параметров.

Популярные платформы для скачивания:

  1. GeoPlate – программа для расчета осадки свайно-плитного основания).
  2. GeoPile – сервис для расчета нагрузки на свайный фундаментов зависимости от типа грунта.
  3. StatPile mod Range – платформа для определения вертикальной нагрузки, передаваемой от ростверка на сваи.
  4. StatPile mod SP – программа для расчета суммарных нагрузок, передаваемых на сваю.

Онлайн-порталы в помощь начинающим строителям:

  1. Определение давления под подошвой фундамента — здесь.
  2. Расчет глубины промерзания почвы — тут.
  3. Расчет размеров конструктивных элементов фундамента, а также определение потребностей в арматуре и бетоне – тут.
  4. Расчет количества свай в зависимости от параметров возводимой конструкции – здесь или здесь.
  5. Определение количество свай и параметров силовых элементов – тут.

Сервисы для подсчета стоимости фундамента:

  • калькулятор для свайного основания;
  • калькулятор для свайно-винтового фундамента;
  • онлайн-калькулятор для свайно-ростверкового основания.

Проектирование основания – трудоемкий процесс, который учитывает множество факторов для различных исходных условий, поэтому не существует правдивого универсального сервиса для подсчета количества опор, определения параметров, расхода стройматериалов и стоимости.

Как правило, инженерными расчетами для проектирования занимаются специализированные фирмы в индивидуальном порядке.

Все, что необходимо знать об устройстве и возведении свайного фундамента, найдете здесь.

Строительство фундамента — важный этап любого строительного процесса, и свайный фундамент является одним из наиболее надежных и долговечных вариантов. Правильно спроектированный и расчитанный свайный фундамент обеспечивает надежную основу для здания и защищает его от негативных внешних воздействий. В данной статье мы рассмотрели различные методики и варианты расчета свайного фундамента, которые помогут вам учесть все необходимые факторы и выбрать оптимальное решение для вашего строительного проекта.

Первым шагом при расчете свайного фундамента является определение геологических условий на участке строительства. Важно учитывать такие параметры, как грунтовое давление, проницаемость грунта, его несущую способность и возможность промерзания. После анализа геологических данных можно приступать к выбору подходящего метода расчета, который наилучшим образом учитывает особенности грунта и условия строительства.

Один из самых распространенных методов расчета свайного фундамента — это метод грунтовых испытаний. Он позволяет определить несущую способность грунта и выбрать подходящий диаметр и длину свай. Также стоит учитывать нагрузку, которую будет испытывать здание, и расположение грунтовых вод, чтобы правильно спроектировать количество свай и их глубину.

Второй метод расчета свайного фундамента — это метод грунтовых сондирований. Он включает процесс исследования грунта путем проникновения в него специальных средств и анализа собранных образцов. После этого на основе полученных данных определяются несущая способность грунта и необходимое количество свай.

Кроме того, существуют и другие методики расчета свайного фундамента, такие как метод конечных элементов и метод гидродинамического моделирования. Они позволяют получить более точные результаты расчета и учесть более сложные геологические условия, однако требуют специализированного оборудования и навыков.

В заключение, методики и варианты расчета свайного фундамента могут показаться сложными и запутанными на первый взгляд, но с правильным подходом и использованием соответствующих инструментов они помогут вам создать надежную основу для вашего строения. Не забывайте обращаться к опытным специалистам, которые дадут вам квалифицированную консультацию и помогут выбрать оптимальный вариант расчета свайного фундамента для вашего конкретного проекта.

Видео по теме

ЛИРА-САПР 2016: Технология проектирования свайного основания

Как самостоятельно рассчитать примерное количество свай

РАСЧЕТ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

Методы расчета свайного ростверка

Расчет и проектирование свайных фундаментов (отрывок из урока)

100 раз одумайся прежде чем использовать свайный фундамент. Плюсы и минусы свай.

Какой фактор является для вас самым важным при выборе материалов для строительства дома?

Просмотреть результаты

Загрузка ... Загрузка ...
Поделиться с друзьями
Жуков Константин

Садовник, ландшафтный дизайнер. Помогу вам создать красивый и функциональный ландшафтный дизайн вашего участка.

Оцените автора
Строительный эксперт
Добавить комментарий