Максимальная нагрузка на сваю

Содержание

Допускаемая расчетная нагрузка на сваю F определяется по формуле:

где F_d — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи;

г_k — коэффициент надежности, принимаемый равным 1.4.

Схема к определению несущей способности висячей сваи

Расчёт свайных фундаментов по несущей способности

Расчёт фундамента по оси 1-В

Определяем суммарную нагрузку в уровне обреза ростверка из расчёта фундамента по I группе предельных состояний.

Определяем количество свай в ростверке:

Необходимое количество свай и в свайном фундаменте в первом приближении можно определить по формуле

где N_I = 1512 кН — расчетная вертикальная нагрузка в уровне обреза фундамента.

Конструктивно принимаем 6 сваи.

Размещение свай в плане.

Размещение свай в плане

Определение расчётной нагрузки, передаваемой на сваю и уточнение количества свай.

Проверку фактической расчетной нагрузки на каждую сваю для внецентренно нагруженного фундамента осуществляют исходя из условия:

где N — фактическая расчетная нагрузка на максимально нагруженную сваю, кН;

F — допускаемая расчетная нагрузка на сваю, кН.

где n — число свай в фундаменте;

М_оyI, М_охI — расчетные изгибающие моменты, относительно главных центральных осей в плоскости подошвы ростверка, кН·м;

y_i, x_i — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

y_max, х_max — расстояния от главных осей до оси максимально нагруженной сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

Схема к определению расчетной нагрузки при эксцентриситете относительно двух осей инерции.

Определение осадки свайного куста из висячих свай.

Расчет свайного куста из висячих свай по деформациям производится как для условного фундамента на естественном основании методом послойного суммирования.

Границы условного фундамента определяются следующим образом: снизу — плоскостью AD, проходящей через нижние концы свай; с боков — вертикальными плоскостями АВ и CD, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии (рисунок 16):

Осредненное значение угла внутреннего трения грунта определяется:

где h — глубина погружения сваи в грунт,

— расчетное значение углов внутреннего трения для отдельных, пройденных сваями слоев грунта толщиной H_i.

Определение границ условного фундамента при расчёте свайных фундаментов по деформациям

Размеры подошвы условного фундамента определяют по формулам

L_усл = 1.2 + 2 · 0.7616 = 2.7232 м;

B_усл = 1.2 + 2 · 0.7616 = 2.7232 м;

Площадь подошвы условного фундамента определяется по формуле

A_усл =2.7232 · 2.7232 =7.416 м 2 .

При определении деформации основания необходимо выполнение следующего условия:

где P_cp — среднее фактическое давление на грунт в плоскости нижних концов свай, кН/м;

R — расчетное сопротивление грунта в плоскости нижних концов свай, кН/м 2 .

Расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного фундамента определяется по формуле

где г_с1, г_с2 — коэффициенты условий работы;

М_г, М_q, М_с — коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ц под подошвой условного фундамента;

г_II — удельный вес грунта под подошвой условного фундамента, кН/м 2 ;

В_усл — ширина подошвы условного фундамента, м;

d_I = h_ycл — глубина заложения подошвы условного фундамента, м;

C_II — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента кПа;

— осредненное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента.

Фактическое давление, действующее по подошве условного фундамента, определяется по формуле

Вес условного фундамента определяется по формуле:

V_рост — объем ростверка, м 3 ;

г_бет = 25 — удельный вес железобетона, кН/м 3 ;

V_св — объем сваи, м 3 ;

G_гp = (V_усл._ф-та — V_рост -V_св) — вес грунта в межсвайном пространстве.

V_усл._ф-та = А_усл · h_усл =7.416·7.4=54.88 — объем условного фундамента, m 3 .

G_св = 4·(5.75·0.3·0.3+1/3·0.25·0.3·0.3) · 25 = 52.5кН,

G_гp = (54.88-2.685-0.525) · 19.7 = 1017.9 кН,

G_II = 174.05 + 52.5 + 1017.9 = 1364.075 кН,

Расчет осадки условного фундамента на естественном основании ведется методом послойного суммирования.

Толщина слоя составляет

Подсчёт напряжений на границах элементах слоёв сводим в таблицу.

Параметры для определения величины осадки фундамента

Какие допустимые нагрузки способны выдерживать винтовые сваи и какая у них несущая способность? Какой диаметр винтовой сварной сваи (свсн) будет самым подходящим для устройства свайно-винтового фундамента? – это самые задаваемые вопросы на этапе проектирования строительства. Ошибки в расчётах, как правило, снижают надёжность опор под зданиями, приводят к усадке или крену строений. И, в конечном счёте, к повреждениям их основных конструкций.

Допустимая нагрузка – важнейший показатель винтовых элементов фундамента

Важной характеристикой винтовых свай, влияющей на правильный их подбор при устройстве фундаментов под конкретные сооружения, является несущая способность.

Это ничто иное, как учитывающая деформации почвы максимальная нагрузка, которую выдерживают сваи без потери своих функциональных качеств. Для грунтов с различными прочностными характеристиками, а также изделий, отличающихся длиной, диаметром трубы и лопастей – она разная.

Далее ознакомимся с параметрами, от которых зависит допустимая нагрузка на винтовые сваи, а также с правильным её теоретическим расчётом.

Виды свай и их параметры

Разнообразие типоразмеров этих изделий связано с применением их под конкретные виды возводимых объектов.

В частном домостроении преимущественно используются винтовые элементы фундаментов с диаметрами трубы от 89 до 159мм. Так, допустимая нагрузка на винтовую сваю 89мм делает возможным их применение при возведении каркасных одноэтажных домов, веранд и беседок. С увеличением диаметра трубы увеличивается цена и расширяется диапазон их применения: 108мм, 133мм и 159мм – для устройства фундаментов двухэтажных каркасных домов, а также одноэтажных из бруса, пенобетона и кирпича.

А допустимая нагрузка на винтовую сваю 325мм приемлема при использовании её в проектировании тяжёлых конструкций домов или промышленных объектов.

При расчётах допустимых нагрузок на сваи используют такой важный параметр, как площадь её конструктивного элемента – лепестковой подошвы.

При этом за радиус подошвы принимают расстояние от центра сваи до крайней (образующей контур лепестка) точки.

Для вычисления площади используют известную математическую формулу: возведённый в квадрат радиус лопастей умножают на 3,14 (число Пи). Для разных диаметров труб она составляет:

89мм – 490см 2 ;
108мм –706см 2 ;
159мм – 1590см 2 ;
325мм – 9567см 2 (для расчётов значения диаметров лопастей всегда берут в сантиметрах).

На выбор длины детали влияют характер грунта (в том числе уровень его промерзания) и перепады высот на стройплощадке.

Длина свай стандартизована и составляет:

для коротких – 160-250см;
для длинных – до 11,5м (с шагом 50см).

При правильной установке они должны упираться лопастями в плотный слой грунта.

Прочность грунта основания

Одним из исходных данных при расчёте допустимой нагрузки на винтовые сваи являются прочностные характеристики грунта на участке строительства. Их точное определение возможно при выполнении изыскательского бурения.

Если вызов геологов не предусмотрен бюджетом – можно самостоятельно оценить залегающий грунт. Для этого достаточны информация о составе грунтов на конкретном участке и умение использовать в справочниках соответствующие данные. Примерные значения расчётных сопротивлений (кг/см 2 ) грунтов на глубине 1,5м следующие:

глина – 3,7–4,7;
суглинки и супеси – 3,5–4,4;
песок (от мелких фракций до крупных) – 4–6.

Такие данные содержат и строительные справочники, и СНиПы.

Определение максимально возможной величины нагрузки на винтовую сваю

Для расчёта нагрузок, которые способны выдержать элементы свайно-винтового фундамента, нужно знать площадь подошвы их лепестков и прочностные характеристики (максимальная несущая возможность) грунта. Перемножив между собой величины этих показателей, получают желаемое значение несущей способности винтовой опоры – максимально возможной выдерживаемой нагрузки.

Для примера определим, какую нагрузку выдерживает винтовая свая 108х2500мм. Исходные данные для упрощённого расчёта принимаем такими:

грунт на строительном участке – глина;
диаметр лопасти сваи 108мм – 300мм.

Воспользуемся данными таблиц в справочнике и определим несущую способность грунта (Rо) в месте установки фундамента: Rо = 6кг/см 2 . Площадь лепестковой подошвы этого вида свай мы определили ранее (смотри выше), S = 706см 2 .

Искомую нагрузку получим в результате перемножения:

F = Rо х S = 6 х 706 = 4,23 (тонны).

Именно такую расчётную (среднюю) нагрузку выдерживает одна свая 108мм, упираясь лопастью в слой глины.

Однако, её значение есть неоптимизированным, так как не учитывает коэффициент надёжности (γk). Он зависит от количества опор в фундаменте и способа производства геологических изысканий. При известных результатах таких изысканий на участке его значение составляет 1,2.

Выполняя самостоятельные исследования почвы на участке и используя табличные показатели прочности грунта, необходимо увеличивать запас надёжности. Для этого надо использовать в расчётах коэффициент надёжности порядка 1,7–1,4. Его величина зависит от количества свай в фундаменте: при минимальном количестве (до 5) он будет максимальным – 1,7. С увеличением опор до 20 коэффициент уменьшится до 1,4. При этом устанавливаемые сваи должны иметь низкие ростверки.

Таким образом, с учётом коэффициента надёжности расчёты максимально возможной нагрузки на сваи N (при пользовании табличными данными о грунтах) показывают её уменьшение по сравнению с расчётной нагрузкой F:

N = F : γk = 4,2 : 1,7 = 2,47 (т).

В качестве заключения

Качественный монтаж свайно-винтовых фундаментов зависит от правильного расчёта нагрузок на винтовые сваи, включающих и геологическую оценку грунта. Ошибки в расчётах приведут к занижению несущей способности фундамента или же большому перерасходу материала.

Методика расчёта необходимого количества свай для фундамента с исходными данными и конкретными примерами. Провести точный и правильный расчёт нагрузки свайного фундамента с учётом всех параметров, требований, норм и правил может каждый человек, знающий сопромат и разбирающийся в математике. На практике это сложно и не нужно неспециалисту, а возможные просчёты могут привести не только к убыткам. Но понять принцип расчёта поможет краткая упрощённая методика:

Подсчитывается общий вес сооружения.
Определяются снеговая и ветровая нагрузки исходя из средних обобщённых данных.
Подсчитывается полезная или бытовая нагрузка.
Подсчитывается общий вес ( сбор весов).
Ориентируясь на полную площадь строения и минимально допустимый шаг свай .определяется их общее максимальное количество
Подсчитывается суммарная площадь оснований свай.
Подбирается типоразмер и реальное количество свай.
На основе максимальных значений расстояний между сваями с учётом равного распределения нагрузок формируется план свайного поля.
С учётом распределения нагрузок от строения проектируется и рассчитывается ростверк .

Конкретные цифры для расчётов

В случае, когда сложно либо невозможно определить несущую способность грунта, принимается значение 2,5 кгсм2,  это усреднённый показатель для грунтов российской средней полосы.

Исходные данные для расчёта свайных фундаментов

Максимальный шаг винтовых свай для малоэтажного и хозяйственного индивидуального строительства:

строения из бревна или бруса 3 м;
сооружения каркасного либо сборно-щитового типа 3 м;
здания с несущими стенами из облегчённых блоков 2,5 м;
дома из кирпича и полнотелых бетонных блоков 2 м;
монолитные сооружения 1,7 м.

Для кустов свай под печи, колонны и подобные сооружения с сосредоточенной нагрузкой допустимое минимальное расстояние между сваями 1,5 м, для веранд и аналогичных построек 1,2 м.

Вес конструкций и частей зданий

Для сбора весов допустим приблизительный подсчёт. Ошибка в большую сторону приведёт к небольшому увеличению стоимости работ. Если же реальные нагрузки окажутся больше расчётных, то возможно разрушение фундамента и здания в целом.

Предпочтительный ориентир при отсутствии точной информации максимальное значение.

Стены :

кирпичные 600-1200кгм2;
бревенчатые 600 кгм2;
газо- и пенобетонные 400-900 кгм2;
каркасные и панельные 20-30 кгм2.

Крыши с учётом стропильной системы:

листовая сталь, в т.ч. металлопрофиль и металлочерепица 20-30 кгм2;
листы асбоцементные 60-80 кгм2;
рубероид и другие мягкие покрытия 30-50 кгм2.

Перекрытия:

деревянные с утеплителем 70-100 кгм2;
цокольные с утеплителем 100-150 кгм2;
монолитные армированные 500 кгм2;
плитные пустотелые 350 кгм2.

Снеговая и ветровая нагрузки подсчитываются с учётом средних региональных показателей с поправочными коэффициентами. Средняя эксплуатационная (полезная) нагрузка с учётом веса людей, оборудования, техники, мебели, домашней утвари — 100 кгм2. После сведения веса необходимо применить к результату коэффициент запаса 1,2.

Пример подсчёта потребности в сваях

Для примера расчёта возьмём одноэтажный дачный дом:

с крышей из металлочерепицы;
стены бревенчатые;
перекрытия деревянные;
размер 6 Х 6 м;
без фундаментальной печи;
высота стен 2,4 м.

Расчет:

вес стен из бревна: 2,4 (высота) Х 24 (периметр) Х 600 = 34560;
вес перекрытий: 36 (площадь) Х2 Х 100 = 7200;
вес крыши: 54 (площадь) * 20 = 1080;
полезная нагрузка: 100 Х 36 = 3600.

Сборный вес дома: 34560+7200+1080+3600=46440 кг.

Снеговую нагрузку определяем для севера нашей страны по номинальной массе снежного покрова 190 кгм2. Отсюда расчет равен: 6х6х190=6840 кг.

Итоговый сборный вес: (46440+6840) Х 1,2 (запас) = 63936 кг.

Выбираем сваю самого популярного размера 89*300мм при её погружении на 2,5 м с несущей способностью 3,6 т, а сводный вес также переводим в тонны. 63,9 : 3,6 = 17,75 шт. — понадобится 18 штук винтовых свай.

Далее сваи распределяются по свайному полю с учётом первоочередной установки в углах, примыканиях и пересечениях. Количество буронабивных свай будет соответствовать расчёту количества свай винтовых при соблюдении аналогичных параметров.

Для расчёта нагрузок, подбора оптимальных параметров свай и их количества, а также расчёта ростверка, разработаны специальные компьютерные программы, например, StatPile и GeoPile, облегчающие и упрощающие задачу по устройству фундаментов.

Расчёт ростверка

Назначение ростверка равномерное распределение нагрузок на свайную конструкцию. Расчёты параметров ростверка учитывают силы продавливания основания в целом, по каждому углу и воздействия на изгиб.

Довольно сложные подсчёты застройщикам могут заменить стандартные решения, применение которых возможно только небольших индивидуальных строений:

Материал исполнения ростверка: металлический швеллер, двутавр, монолитный бетон с армированием, брус или бревно сечением не менее материала стен.
Голова сваи должна входить в ростверк не меньше, чем на 10 см для монолитного исполнения
По ширине ростверк не может быть меньше толщины стены.
Высота должна быть не меньше 30 см для бетона.
Ростверк должен располагаться как минимум на 20 см над уровнем почвы.
Соединение опор с ростверком может быть жёстким либо свободным.