Расчет свайного фундамента под несущую стену

Расчет свайного фундамента

В статье мы расскажем об ошибках, которые чаще всего допускают при самостоятельном расчете свайных фундаментов объектов малоэтажного строительства, и о том, как этого избежать.

Содержание статьи:

1. Часто встречающиеся ошибки проектирования фундаментов из винтовых свай

Вот те ошибки, которые чаще всего встречаются в проектах свайных фундаментов, разработанных своими силами:

• неучет конструктивных особенностей строения при сборе нагрузок;
• неумение верно посчитать нагрузки (часто в расчет берется только вес самого строения);
• выполнение расчетов в отсутствие информации о грунтовых условиях участка предполагаемого строительства (степень коррозионной агрессивности, физико-механические характеристики грунтов и т.д.).

Иногда неточности в расчетах возникают из-за неверного учета ландшафта или планировки участка (например, оказывается не соблюдена минимальная высота цоколя).

Итог – неверная оценка несущей способности конструкции и степени воздействия среды на фундамент, что часто приводит к просадке, ускоренному развитию коррозионных и гнилостных процессов.

Данный материал был разработан специально для того, чтобы вы могли избежать подобных проблем. Однако важно понимать, что приведенный в статье расчет, несмотря на всю свою универсальность (основан на типовых решениях и данных, подкрепленных многолетним практическим опытом), является условным, так как в нем используются усредненные показатели, которые могут меняться в зависимости от типа строения и региона строительства. Более того, в связи с тем, что назначение винтовых свай невозможно без точной информации о грунтовых условиях площадки строительства, в части определения их параметров и количества мы ограничились только общими рекомендациями.

Отдельно стоит сказать о том, что материал ориентирован на сферу индивидуального жилищного строительства и не учитывает особенности проектирования технически сложных объектов.

2. Грунтовые условия на участке: инженерно-геологические изыскания, пробное завинчивание или скоростные исследования грунтов?

Важнейший этап, который обязательно должен предшествовать проектированию фундамента из винтовых свай – изучение грунтовых условий участка предполагаемого строительства.

Традиционно для исследования грунтов на площадке применяется комплекс инженерно-геологических изысканий (ИГИ). Однако этот комплекс процедур не лишен недостатков, главный из которых – значительная стоимость. Для удешевления необходимо уменьшить количество скважин и объем лабораторных работ, что неизбежно приведет к опасности недостаточного изучения площадки строительства. В результате данный метод, даже несмотря на относительно высокую точность результатов, почти не применяется в малоэтажном строительстве.

Куда большей популярностью сегодня пользуется пробное завинчивание, которое привлекает многих своей невысокой ценой. Однако нужно понимать, что полученные таким образом данные практически невозможно интерпретировать, они субъективны, а потому не вызывают доверия.

Причина кроется в том, что пробное завинчивание не является методом исследования грунта. Применяющие данный метод руководствуются единственным принципом: «Если свая тяжело крутится на предполагаемой глубине установки, то ее несущая способность является достаточной». При этом не учитывается ни зависимость результатов от времени года, в которое производится завинчивание, ни возможное наличие в основании линз более прочных грунтов, которое может вызвать «ложный отказ». Кроме того, данная процедура не дает никакой информации о типе и свойствах грунта под сваей.

Учитывая эти факты, компания «ГлавФундамент» провела многочисленные исследования в области изучения грунтов, на основании результатов которых разработала наиболее эффективные и скоростные методики, внедренные впоследствии в качестве обязательных процедур:

• геолого-литологические исследования (ГЛИ);
• геотехнические исследования (ГТИ);
• измерение коррозионной агрессивности грунтов (КАГ).

К примеру, методика динамического зондирования, разработанная на основании ГОСТ 19912-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием» и применяемая в рамках проведения геотехнических исследований, позволяет определить физико-механические характеристики грунта, необходимые для проектирования свайно-винтового фундамента, а также обеспечивает оценку несущей способности свай на всех характерных участках площадки, на всех интересующих глубинах, уступая по точности оценок только статическим испытаниям натурных свай.

По результатам измерений коррозионной агрессивности грунта подбираются толщины ствола и лопасти, марка стали винтовой сваи, обеспечивающие соответствие срока службы строения требованиям ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

Для уточнения правильности подбора параметров рекомендуется после выполнения расчета срока службы проверить остаточную толщину стенки ствола на соответствие проектным нагрузкам.

Подробнее о скоростных методах исследования грунтовых условий площадки строительства в статье «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов».

3. Сбор нагрузок

В первую очередь для расчета фундамента необходимо выполнить сбор всех нагрузок, которые будут воздействовать на него. Они бывают постоянные P_d и временные (длительные P_l, кратковременные P_t, особые P_s).

Постоянные P_d – вес частей сооружений, в том числе несущих и ограждающих строительных конструкций.

Длительные P_l – вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование, вес стационарного оборудования, заполняющих его жидкостей, твердых тел и др.

Кратковременные P_t – воздействия от людей, животных, оборудования на перекрытия, от подвижного подъемно-транспортного оборудования, от транспортных средств и климатические (снеговая, ветровая и т.д.).

Особые P_s – сейсмическое, взрывное воздействие, воздействие от столкновения транспортных средств с частями сооружения, воздействия, обусловленные пожаром или деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта.

Обратите внимание, что в этом расчете будут учтены только те виды воздействий, которые имеют принципиальное значение при расчете фундамента из винтовых свай.

3.1. Постоянные нагрузки. Как рассчитать вес частей сооружения?

Для расчета веса строения достаточно знать удельный вес материалов, которые будут использованы при его строительстве и их предполагаемые объемы. Это не требует каких-то специальных знаний и навыков. Можно попробовать запросить нужные данные у поставщика стройматериалов.

Мы при выполнении расчетов будем использовать справочные данные с усредненными значениями удельного веса конструкций дома (стен, перекрытий, кровли), приведенные в таблице 1.

Таблица 1 — Справочные данные с усредненными значениями удельного веса конструкций дома: стен, перекрытий, кровли.

Удельный вес 1 м 2 стены

Каркасные стены толщиной 200 мм с утеплителем

Стены из бревен и бруса

Кирпичные стены толщиной 150 мм

Железобетон толщиной 150 мм

Удельный вес 1 м 2 перекрытий

Чердачное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м 3

Чердачное по деревянным балкам с утеплителем плотностью до 500 кг/м 3

Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м 3

Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 500 кг/м 3

Удельный вес 1 м 2 кровли

Кровля из листовой стали

Кровля из шифера

Кровля из гончарной черепицы

При самостоятельном выполнении расчетов стоит учитывать, что согласно п. 7.1 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» расчетное значение нагрузки следует определять, как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке (γf) для веса строительных конструкций, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию:

Таблица 2 — Таб. 8.2. СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»

Конструкции сооружений и вид грунтов

Коэффициент надежности, γ_f

Бетонные (со средней плотностью свыше 1600 кг/м), железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные

Бетонные (со средней плотностью 1600 кг/м, изоляционные, выравнивающие и отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, засыпки, стяжки и т.п.), выполняемые:

в заводских условиях

на строительной площадке

В природном залегании

На строительной площадке

Выполним необходимые расчеты на примере каркасно-щитового дома с мансардой с размерами в плане 6х9 м.

Чтобы посчитать вес от стен дома необходимо вычислить их периметр. Периметр наружных стен + внутренние стены: Р=47 м, среднюю высоту стен примем h=4,5 м. Тогда вес от конструкции стен будет равен: Р х h х удельный вес материала стен.

47 м х 4,5 м х 70 кг/м 2 = 14 805 кг = 14,8 т.

Далее посчитаем вес крыши. Принимаем, что вес крыши (деревянная стропильная система с покрытием из металлочерепицы) равен 40 кг/ м 2 (суммарный вес металлочерепицы, обрешетки, стропилы). Тогда вес крыши будет равен: S крыши х удельный вес 1 м 2

92 м 2 х 40 кг/м 2 = 3 680 кг = 3,7 т.

Также необходимо посчитать вес от перекрытий. Принимаем, что вес деревянного пола вместе с утеплителем будет равен 100 кг/м 2 . Тогда вес от перекрытий будет равен: S перекрытия*удельный вес*количество.

54 м 2 х 0,1 т/м 2 х 2 = 10,8 т.

После того как выполнены все необходимые расчеты, полученный вес сооружения умножаем на коэффициент надежности, о котором мы говорили ранее (в расчете для каркасно-щитового дома коэффициент принимаем равным 1,1 – для деревянных конструкций):

29,3 т х 1,1 = 32,2 т

Таким образом, нагрузка от самого здания составит 32,2 т. Этот вес принят условно, без вычета дверных и оконных проемов.

Источник

Как рассчитать количество свай для фундамента

Пример подсчета

Данный пример служит целью подробно показать применение формул при расчетах свайно-винтового фундамента.

Исходными данными для дома с периметром 10х10 являются:

• дом, возведенный по каркасной технологии, крыша покрыта шифером, есть крыльцо;
• габариты фундамента – 10х10, высота постройки – 3 метра;
• внутри установлены две перегородки, которые, пересекаясь, делят помещение на 3 комнаты;
• скат крыши – 60 градусов;
• каркас выполнен из бруса с сечением 150х150;
• ростверк выполнен из бруса с сечением 200х200;
• стены выполнены из СИП-панелей.

Далее осуществляются расчеты следующих элементов конструкции:

• площадь стен:
  • несущих: 10*3*4= 120 кв. м;
  • перегородок: 10*3+5*3= 45 кв. м;
• масса стен (масса 1 кв. м стены из бруса и перегородки взята из таблицы средних значений):
  • несущих: 50 кг*120=6000 кг;
  • перегородок: 30 кг*45=1350 кг;
  • общая: 6000+1350=7350 кг;
• масса перекрытий на 100 кв. м.:
  • цокольное: 150 кг*100=15000 кг;
  • чердачное: 100 кг*100=10000 кг;
  • крыша: 50 кг*100=5000 кг;
  • общая: 15000*10000+5000=30000 кг;
• масса дополнительных элементов (внутреннее наполнение дома, тип бытовой техники, отделки, количество жильцов и т. п), берется табличное среднее значение для 1 кв. м в 350 кг:
• общая масса строения:
• для примера берется коэффициент надежности, равный 1,4;
• максимальная нагрузка на пяту сваи с диаметром в 300 мм – 2600 кг при условии, что сопротивление грунта равно 3 кг /куб. см (почва со средней плотностью, глубоким залеганием воды и уровнем промерзания не больше 1 метра);
• высчитываем количество свай по формуле К=Р*к/S: К=72350*1,4/2600=39 свай.

Пример расчета

• Геологические условия местности: на глубине 2 метра от поверхности почвы залегают суглинки тугоплатичные, далее на всю глубину исследования располагаются твердые глины с коэффициентом пористости 0,5.
• Снеговая нагрузка — 0,18 т/м².
• Требуется спроектировать фундамент под одноэтажный дом с мансардой. Размеры дома в плане — 4 на 8 метров, кровля с покрытием из металлочерепицы вальмовая (высота наружной стены по всем сторонам одинаковая), стены из кирпича толщиной 0,38 м, перегородки гипсокартонные, перекрытия — железобетонные плиты. Высота стен в пределах первого этажа — 3 метра, на мансардном этаже наружные стены имеют высоту 1,5 метра. Внутренних стен нет (только перегородки).

1. масса стен = 1,2 * (24 м (периметр дома) * 3м (первый этаж) + 24 м * 1,5 м (мансарда))*0,38 м * 1,8 т/м³ (плотность кирпичной кладки) = 88,65 т (1,2 — коэффициент надежности по нагрузке);
2. масса перегородок = 1,2 * 2,7 м (высота) * 20 м (общая длина) * 0,03 т/м² (масса квадратного метра перегородок) = 2 тонны;
3. масса перекрытий с учетом цементной стяжки 3 см = 1,2 * 0,25 м (толщина) * 32 м²(площадь одного перекрытия) * 2(пол первого этажа и пол мансарды) * 2,5 т/м² = 48 тонн;
4. масса кровли = 1,2 * 4 м * 8 м * 0,06 т/м² = 2,3 тонны;
5. снеговая нагрузка = 1,4 * 4 м * 8 м * 0,18 т/м2 = 8,1 тонн;
6. полезная нагрузка = 1,2 * 4 м * 8 м * 0,15 т/м² * 2 (2 перекрытия) = 11,5 тонн.

Итого: М = 112,94 т. Периметр здания Uдома = 24 м, нагрузка на погонный метр Q= 160,55/24 = 6,69 т/м. Предварительно подбираем сваю диаметром 30 см и длиной 3 м.

По формулам для определения расстояния между сваями

Все необходимые формулы приведены ранее, нужно просто воспользоваться ими по порядку.

1. F= 3,14 D²/4(площадь круглой сваи) = 3,14 * 0,3 м * 0,3 м / 4 =0,071 м², U = 3,14 D = 3,14*0,3 м = 0,942м; (периметр сваи по кругу);

2. Pосн = 0,7 * 90 т/м² * 0,071 м2 = 4,47 т;

3. Рбок. пов-ти = 0,8 * (2,8 т/м² * 2 м + 4,8 т/м² * 1) * 0,942 = 7,84 т;

В этой формуле 2,8 т/м² — расчетное сопротивление боковой поверхности сваи в тугопластичном суглинке, 2м — высота слоя суглинка, в котором располагается фундамент. Сопротивление находят по таблице 3. Там представлены значения для подходящей в данном случае глубины 50, 100 и 200 см. В расчет принимаем минимальное для того, чтобы обеспечить запас по несущей способности.

4,8 т/м² — расчетное сопротивление боковой поверхности сваи в полутвердой глине, 1м — высота фундамента, располагающегося в этом слое. Последнее число в формуле — найденный в первом пункте периметр сваи. Значения 0,7 и 0,8 в пунктах 2 и 3 — коэффициенты из формул.

4. Р = 4,47 т + 7,84 т = 12,31 т (полная несущая способность одной сваи);

5. L = 12,31 т/6,69 т/м = 1,84 м — максимальное значение расстояния между сваями (между центрами).

Назначаем расстояние 1,8 м. Т.к. длина наших стен кратна 2 м метрам, удобнее чтобы и расстояние между сваями было 2 м, для этого нужно немного увеличить несущую способность сваи, например увеличив её диаметр. Если полученное значение шага достаточно велико, разумнее найти минимальное, поскольку, чем больше расстояние между сваями, тем больше понадобиться сечение ростверка, что приведет к дополнительным затратам. По такому же принципу выполняют расчеты для уменьшенного диаметра. Рассчитывают применое количество материала для нескольких вариантов и подбирают оптимальное значение.

Стоимость проекта под ключ

Стоимость зависит от следующих факторов:

• размеры конструкции;
• сложность гидрогеологических условий на участке;
• сложность самого проекта;
• затраты на подготовительные работы;
• количество задействованной техники и оборудования;
• количество вовлеченных в работу инженеров, геодезистов, конструкторов и операторов.

Среднерыночная стоимость планирования винтовых, набивных и забивных фундаментов начинается от 100 000 руб. Заказчику придется доплачивать за дополнительный расчет осадки в каждом сечении (от 20 000 руб.), а также статистические и динамические испытания на участке.

Сбор нагрузок

Перед расчетом буронабивного фундамента также необходимо выполнить сбор нагрузок от всех вышележащих конструкций. Потребуется два отдельных вычисления:

• нагрузка на сваю (с учетом ростверка);
• нагрузка на ростверк.

Это необходимо потому, что отдельно будет выполнен расчет ростверка свайного фундамента и характеристик свай.

При сборе нагрузок необходимо уесть все элементы здания, а также временные нагрузки, к которым относится масса снегового покрова на крыше, а также полезная нагрузка на перекрытие от людей, мебели и оборудования.

Для расчета свайно-ростверкового фундамента составляется таблица, в которую вносится информация о массе конструкций. Чтобы рассчитать эту таблицу, можно пользоваться следующей информацией:

Конструкция	Нагрузка
Каркасная стена с утеплителем, толщиной 15 см	30-50 кг/кв.м.
Деревянная стена толщиной 20 см	100 кг/кв.м.
Деревянная стена толщиной 30 см	150 кг/кв.м.
Кирпичная стена толщиной 38 см	684 кг/кв.м.
Кирпичная стена толщиной 51 см	918 кг/кв.м.
Гипсокартонные перегородки 80 мм без утепления	27,2 кг/кв.м.
Гипсокартонные перегородки 80 мм с утеплением	33,4 кг/кв.м.
Междуэтажные перекрытия по деревянным балкам с укладкой утеплителя	100-150 кг/кв.м.
Междуэтажные перекрытия из железобетона толщиной 22 см	500 кг/кв.м.
Пирог кровли с использованием покрытия из
листов металлической черепицы и металлических	60 кг/кв.м.
керамочерепицы	120 кг/кв.м.
битумной черепицы	70 кг/кв.м.
Временные нагрузки
От мебели, людей и оборудования	150 кг/кв.м.
от снега	определяется по табл. 10.1 СП «Нагрузки и воздействия» в зависимости от климатического района

Собственный вес фундаментов и ростверка определяется в зависимости от геометрических размеров. Сначала требуется вычислить объем конструкции. Плотность железобетона при этом принимается равной 2500 кг/куб.м. Чтобы получить массу элемента, нужно объем умножить на плотность.

Каждую составляющую нагрузки нужно умножить на специальный коэффициент, который повышает надежность. Его подбирают в зависимости от материала и способа изготовления. Точное значение можно найти в таблице:

Тип нагрузки	Коэффициент
Постоянная для: — дерева — металла — изоляции, засыпок, стяжек, железобетона — изготавливаемых на заводе — изготавливаемых на участке строительства	1,1 1,05 1,1 1,2 1,3
От мебели, людей и оборудования	1,2
От снега	1,4

Часто встречающиеся ошибки при проектировании свайного фундамента

Пристройки имеют меньшую нагрузку, поэтому рассчитываются по-другому

Распространенная ошибка – проведение общего расчета для жилища и связанных с ним построек (сараев, веранд и т.п.). Так делать нельзя, поскольку у этих легких помещений совершенно другой уровень нагрузок. Для них проект составляют отдельно. То же самое относится к массивным внутренним объектам – чугунным котлам, печкам. В этом случае также подготавливается отдельный проект и выполняется дополнительное укрепление участка.

Также нельзя вывинчивать свайный элемент обратно. Иногда с помощью такой манипуляции пытаются отрегулировать высоту. Действие вредно тем, что почва при этом разрыхляется, несущая способность понижается и возникает опасность оседания опоры.

При гибочных работах на ростверке нельзя нагревать арматуру. Для соединения элементов друг с другом используют оправки, трубогибы и подобный инвентарь. Углы армируются по специально подготовленным схемам. Нельзя пренебрегать защитной прослойкой и допускать соприкосновения арматурных компонентов с опалубкой.

Сваи должны стоять строго вертикально. Если в процессе заглубления она хоть немного отклонилась, уперевшись в жесткую породу, закручивать ее дальше нельзя. Это приводит к потере опорных свойств. В месте установки не нужно заранее копать яму. Чтобы свая сохраняла функциональные характеристики, ее нужно именно ввинчивать в почву. Опасно монтировать опору недостаточно глубоко. Также к распространенным оплошностям относятся пренебрежение антикоррозионной обработкой и геологическим анализом грунта.

Изучение характеристик грунта

Несущая способность буронабивной сваи будет во многом зависеть от прочностных характеристик основания. В первую очередь стоит выяснить прочностные показатели грунтов на участке. Для этого пользуются двумя методами: ручным бурением или отрывкой шурфов. Грунт разрабатывается на глубину на 50 см больше, чем предполагаемая отметка фундамента.

Схема буронабивного фундамента

Перед тем, как рассчитать свайный фундамент рекомендуется ознакомиться с ГОСТ «Грунты. Классификация» приложение А. Там представлены основные определения, исходя из которых, тип грунта можно определить визуально.

Далее потребуется таблица с указанием прочности грунта в зависимости от его типа и консистенции. Все необходимые для расчета характеристики приведены на картинках ниже.

Глинистая почва в области подошвы сваи

Глинистая почва по длине сваи

Общие сведения по результатам расчетов

— Периметр фундамента, с учетом длины внутренних перегородок.

Площадь подошвы ростверка

— Соответствует размерам необходимой гидроизоляции.

Площадь внешней боковой поверхности ростверка

— Соответствует площади необходимого утеплителя для внешней стороны фундамента.

Общий Объем бетона для ростверка и столбов

— Объем бетона, необходимого для заливки всего фундамента с заданными параметрами. Так как объем заказанного бетона может незначительно отличаться от фактического, а так же вследствие уплотнения при заливке, заказывать необходимо с 10% запасом.

— Указан примерный вес бетона по средней плотности.

Нагрузка на почву от фундамента в местах основания столбов

— Нагрузка на почву от веса фундамента в местах основания столбов/свай.

Минимальный диаметр продольных стержней арматуры

— Минимальный диаметр по СНиП, с учетом относительного содержания арматуры от площади сечения ленты.

Минимальное кол-во рядов арматуры ростверка в верхнем и нижнем поясах

— Минимальное количество рядов продольных стержней в каждом поясе, для предотвращения деформации ленты под действием сил сжатия и растяжения.

Минимальный диаметр поперечных стержней арматуры (хомутов)

— Минимальный диаметр поперечных и вертикальных стержней арматуры (хомутов) по СНиП.

Минимальное кол-во вертикальных стержней арматуры для столбов

— Количество вертикальных стержней арматуры на каждый столб/сваю.

Минимальный диаметр арматуры столбов

— Минимальный диаметр вертикальных стержней для столбов/свай.

Шаг поперечных стержней арматуры (хомутов) для ростверка

— Шаг хомутов, необходимых для предотвращения сдвигов арматурного каркаса при заливке бетона.

Величина нахлеста арматуры

— При креплении отрезков стержней внахлест.

Общая длина арматуры

— Длина всей арматуры для вязки каркаса с учетом нахлеста.

Общий вес арматуры

— Вес арматурного каркаса.

Толщина доски опалубки

— Расчетная толщина досок опалубки в соответствии с ГОСТ Р 52086-2003, для заданных параметров фундамента и при заданном шаге опор.

Кол-во досок для опалубки

— Количество материала для опалубки заданного размера.

Расчет ростверка

Расчет ростверка свайного фундамента выполняется примерно так же, как и вычисления для ленточного типа опорной части дома. Чтобы рассчитать ширину ленты потребуется воспользоваться формулой:

B — необходимая ширина ростверка;

М — масса дома (за вычетом массы свай);

L — длина ростверка;

R — несущая способность грунта (слоя у поверхности).

Этот расчет подойдет для ленты, расположенной непосредственно на земле или с небольшим заглублением. Для висячего ростверка расчет будет более сложным, выполнять его самостоятельно проблематично.

Армирование ростверка

Подобрав ширину ростверка буронабивного фундамента, необходимо грамотно его армировать. Можно использовать требования к стальным стержням из СП «63.133301.2012».

В качестве материала для армирования выбирают пруты класса А400 (Alll). Максимально допустимый диаметр рабочих прутов — 40 мм. Минимальные значения приведены в таблице.

Вид арматуры	Диаметр прутов
Продольная (рабочее)	длина стороны ростверка меньше 3м	общее сечение всего армирования = 0,001*В*H, где B— ширина ростверка, а H — высота. По площади сечения диаметр находят с помощью сортамента арматуры. Количество стержней принимается четным (одинаковое число сверху и снизу). Диаметр назначают не менее 10 мм
длина стороны ростверка больше 3м	то же, но диаметр назначают не менее 12 мм.
Поперечное (горизонтальное)	6 мм
Вертикальное при высоте ростверка меньше 80 см	6 мм
Вертикальное при высоте ростверка больше 80 см	8 мм

Пример расчета свайного буронабивного фундамента

Исходные данные для расчета:

• одноэтажный кирпичный дом с мансардой, толщина стены 380 мм;
• размеры в плане 7 на 9 метров, внутренних несущих стен нет (только перегородки), высота этажа 3 м;
• кровля стропильная мансардная с покрытием из металлочерепицы;
• грунты на участке — полутвердая глина с коэффициентом пористости 0,6, залегает на 3 м, R = 72 т/м2, fin = 3,5 т/м2 (взято значение для глубины 1 м).

Сбор нагрузок удобнее выполнять в табличной форме. Необходимо не забывать коэффициенты по надежности.

Нагрузка	Величина, кг
Наружные кирпичные стены 380 мм	(9 м(длина)*2 шт + 7 м (ширина)*2 шт)*4,5м(высота на первом этаже + на мансарде)*0,38 м*1800 кг/м3 (плотность кирпича)*1,2 (коэффициент) = 118200 кг
Перегородки из гипсокартона без шумоизоляции высотой 2,7 м (от пола до потолка)	30 м (длина на весь дом)*2,7 м (высота)*27,2 кг*1,2 = 2645 кг
Железобетонные монолитные перекрытия толщиной 200 мм	2шт (на 2 этажа) *7 м (ширина дома )*9 м (длина дома)*160 кг/м2 (средняя масса перекрытия на кв. м) *1,3 = 26210 кг
Кровля	7 м*9 м*60 кг (масса кв. метра кровли из металлочерепицы) *1,2 (коэффициент надежности) /соs30ᵒ (угол наклона ската) = 5215 кг
Полезная нагрузка на перекрытия (2 шт., пол первого и пол второго этажей)	2 шт *7 м*9 м*150 кг/м2 (нормативное значение для жилья) *1,2 = 22680 кг
Снег (нормативное значение снеговой нагрузки взято для г. Москва)	7м*9м*180 кг (нормативное значение) *1,4/cos30° = 13050 кг

Ростверк предварительно принимаем шириной 0,4 м и высотой 0,5 м. Длина буронабивной сваи предварительно — 3 м, сечение диаметром 40 см, устанавливаются с шагом 1,5 м.

Количество свай = 32 м (L, длина ростверка)/1,5 м (шаг свай) +1 = 22 шт. (округляем до целых в меньшую сторону). S = 3,14*0,42/4 (формула площади через диаметр, см. ранее) = 0,126 м2.

Масса ростверка: 0,4м *0,5 м *32 м (длина) *2500 кг/м3 (плотность ж/б)* 1,3 (коэффициент) = 20800 кг.

Масса свай: 22 шт.*3 м *0,126 м2 *2500 кг/м3 *1,3 = 27030 кг.

Суммарная масса всего дома = 235830 кг = 236 т.

Нагрузка на погонный метр = Q = 236 т/32 м = 7,36 т/м.

Общие сведения по результатам расчетов

• Общая длина ростверка
  — Периметр фундамента, с учетом длины внутренних перегородок.
• Площадь подошвы ростверка
  — Соответствует размерам необходимой гидроизоляции.
• Площадь внешней боковой поверхности ростверка
  — Соответствует площади необходимого утеплителя для внешней стороны фундамента.
• Общий Объем бетона для ростверка и столбов
  — Объем бетона, необходимого для заливки всего фундамента с заданными параметрами. Так как объем заказанного бетона может незначительно отличаться от фактического, а так же вследствие уплотнения при заливке, заказывать необходимо с 10% запасом.
• Вес бетона
  — Указан примерный вес бетона по средней плотности.
• Нагрузка на почву от фундамента в местах основания столбов
  — Нагрузка на почву от веса фундамента в местах основания столбов/свай.
• Минимальный диаметр продольных стержней арматуры
  — Минимальный диаметр по СНиП, с учетом относительного содержания арматуры от площади сечения ленты.
• Минимальное кол-во рядов арматуры ростверка в верхнем и нижнем поясах
  — Минимальное количество рядов продольных стержней в каждом поясе, для предотвращения деформации ленты под действием сил сжатия и растяжения.
• Минимальный диаметр поперечных стержней арматуры (хомутов)
  — Минимальный диаметр поперечных и вертикальных стержней арматуры (хомутов) по СНиП.
• Минимальное кол-во вертикальных стержней арматуры для столбов
  — Количество вертикальных стержней арматуры на каждый столб/сваю.
• Минимальный диаметр арматуры столбов
  — Минимальный диаметр вертикальных стержней для столбов/свай.
• Шаг поперечных стержней арматуры (хомутов) для ростверка
  — Шаг хомутов, необходимых для предотвращения сдвигов арматурного каркаса при заливке бетона.
• Величина нахлеста арматуры
  — При креплении отрезков стержней внахлест.
• Общая длина арматуры
  — Длина всей арматуры для вязки каркаса с учетом нахлеста.
• Общий вес арматуры
  — Вес арматурного каркаса.
• Толщина доски опалубки
  — Расчетная толщина досок опалубки в соответствии с ГОСТ Р 52086-2003, для заданных параметров фундамента и при заданном шаге опор.
• Кол-во досок для опалубки
  — Количество материала для опалубки заданного размера.

Что такое свайный фундамент и из чего он состоит

Основой для этого типа фундамента служат полые стальные сваи, равномерно распределяемые по периметру будущих несущих стен дома. Внешняя поверхность покрывается защитным антикоррозионным слоем на основе цинка или полимерного материала, а внутренняя поверхность защищается бетоном, заливаемой в установленную сваю. Верхняя часть свай для фундамента соединяется посредством сварки с оголовком, который в свою очередь будет поддерживать ростверк – конструкцию, объединяющую отдельные сваи в единую основу. Чаще всего для изготовления ростверка используется бетон, стальные швеллеры и двутавры, реже – деревянный брус.

В отличие от ленточного или монолитного фундамента, также нагруженного по всему периметру здания, для монтажа не потребуется значительный объем земляных работ. Фундамент на сваях рекомендуется использовать в следующих случаях:

• Грунты, находящиеся под стройплощадкой, характеризуются неустойчивостью, высокой влажностью, усадкой под воздействием сезонных факторов;
• Застройка проводится на территории со сложным рельефом, на котором крайне сложно или невозможно установить обычные фундаменты;
• Климатические условия в местности, а также уровень грунтовых вод, согласно действующим правилам СНиП, вынуждают сооружать массивный бетонный фундамент, требующий значительных денежных вложений;
• При сооружении каркасного здания, как правило, используется именно свайный фундамент.

Как рассчитать количество свай для фундамента

Правильный расчет количества используемых свай нуждается в предварительной геодезической разведке. Прежде всего, необходимо рассчитать уровень промерзания грунта в зимний период, учитывая, что данный показатель отличается в разных регионах. Для прочной установки сваи ее нижний конец должен находиться ниже этого уровня.

А также необходимо выяснить степень плотности слоев грунта. Чем выше плотность, тем меньшую глубину сваи следует закладывать на этапе проектирования. К примеру, для полускальных и крупноблочных пород она будет минимальной (но не меньше 0,5 метра), а для песчаных и глинистых грунтов придется углубляться по максимуму.

1. Вычисление потенциальной предельной нагрузки на сваи

Перед началом расчета количества свай для фундамента следует выяснить несущую способность отдельной сваи. Общий вид формулы выглядит следующим образом:

В этом случае W является искомой фактической несущей силой, Q – расчетное значение несущей силы, рассчитанное для отдельной сваи по материалу, размерам и характеристикам грунта; k – дополнительный «коэффициент надежности», расширяющий эксплуатационный запас фундамента.

2. Вычисление расчетной нагрузки на сваи

Далее нам необходимо найти параметр Q, без которого расчет свайного фундамента невозможен. Расчетная нагрузка определяется по формуле:

Где S равно площади поперечного сечения лопастей сваи, а Ro – это показатель грунтового сопротивления на глубине размещения лопастей. Сопротивление грунта можно брать из готовой таблицы:

Таблица 2

Что касается «коэффициента надежности» условного фундамента, его величина может варьироваться в пределах 1,2-1,7. Логично, что чем меньше коэффициент, тем ниже себестоимость фундамента на этапе проектирования, поскольку для достижения заданного значения несущей силы не потребуется использования большого количества свай. Чтобы уменьшить коэффициент следует провести качественный и достоверный анализ грунта на стройплощадке, привлекая специалистов.

3. Расчет нагрузки от конструкции здания

На завершающем этапе проектирования свайного фундамента проводится расчет количества свай. Для этого потребуется просуммировать все элементы конструкции здания: от капитальных стен и перекрытий, до стропильной системы и кровли. Провести точное вычисление всех компонентов довольно сложно, поэтому рекомендуем воспользоваться одним из специализированных калькуляторов. И также в калькулятор расчета вносятся эксплуатационные нагрузки, включающие предметы интерьера, мебель, бытовую технику и даже проживающих в доме людей.

4. Подсчет требуемого количества свай

Перед тем как рассчитать количество задействованных свай нам нужно получить на предыдущих этапах две величины: совокупную массу здания (M) и несущую способность сваи (W) умноженную на «коэффициент надежности». Значение несущей способности можно взять из Таблицы 1. Итак, если масса равна 58 тонн, а скорректированная несущая способность сваи СВС-108 равна 3,9 тонн, то:

Как показал пример расчета, для дома весом в 58 тонн потребуется 15 свай марки СВС-180. Следует отметить, что это значение приблизительно и не учитывает правила точного распределения свай согласно СНиП:

• Первые должны быть установлены в точках пересечения несущих конструкций;
• Остальные монтируются равномерно между обозначенными углами;
• Минимальное расстояние между отдельными сваями 3 метра;

5. Глубина установки свай и расстояние между ними

Базовое значение глубины установки сваи рассчитывается исходя из глубины промерзания грунта в конкретно регионе, плюс 25 сантиметров. И также перед тем как рассчитать свайный фундамент, необходимо выяснить:

• Уровень прочности сваи по материалу и конструкции;
• Несущую способность грунта;
• Провести расчет осадки свайного фундамента, со временем возникающей под нагрузкой здания;
• Дополнительные параметры (температурный режим в течение года, объем осадков, нагрузки от ветра и др.).

Определение диаметра опор

Винтовые сваи, которые применяются при монтаже фундамента под жилые и хозяйственные постройки, имеют диаметр 57, 76, 89 и 108 мм. Этот параметр подбирается в зависимости от того, какой вес будет иметь готовое сооружение:

• 57 мм – используют для строительства самых простых и легких конструкций (заборы и ограды из сетки рабицы);
• 76 мм – выбирают в качестве основы под легковесные хозяйственные постройки или заборы из дерева или профнастила. Несущая способность таких элементов не превышает 3000 кг;
• 89 мм – применяют там, где несущая нагрузка не будет превышать 5000 кг. Это отличное решение для возведения одноэтажного здания (каркасного или щитового), бань, летних кухонь, сараев и массивных заборов;
• 108 мм – фундаментируют площадку под строительство дома из пеноблоков, деревянного бруса, каркаса (1-2 этажа) с небольшим весом. Несущая способность винтовых свай такого диаметра достигает 7000 кг.

Диаметр элементов зависит от веса постройки

Сбор нагрузок свайного фундамента

Для определения нагрузки рассчитывают вес строительных материалов

При расчете свайно-винтового фундамента требуется найти сумму воздействующих на него нагрузок в единицах массы (для крупных зданий это тонны). Их можно разделить на константные и временные. В последнюю категорию входят:

• Длительные – стационарное оборудование с его наполнением, временные ограждения.
• Кратковременные – факторы климата (снег и т.д.), передвижное оборудование, транспорт, воздействия живых существ.
• Специфические – действие пожаров, взрывов, повреждений фундамента (влияющие на внутреннее строение грунта), сейсмического фактора. Их значение может быть отрицательным.

Подсчет общей нагрузки на фундамент реализуется посредством простого суммирования значений нагрузок по всем приведенным категориям. Чтобы узнать сумму константных воздействий, нужно определить удельный вес затрачиваемых на строительные работы материалов. Требуемую информацию может предоставить их поставщик. Зная материал, его толщину и тип конструкции, можно воспользоваться табличным значением параметра. Наибольший удельный вес на каждый квадратный метр имеет железобетон. Это относится к стеновым конструкциям и к перекрытиям. Обязательно учитывается вес кровли.

Когда расчет свай и фундамента производится собственноручно, нужно брать во внимание, что показатель нагрузки определяется как нормативный параметр, перемноженный на коэффициент надежности γf. Последнее значение зависит от материала конструкции и его плотности и обычно находится в границах 1,05-1,3

К примеру, периметр P внутренних и внешних стен деревянного дома равен 50 м, высота h – 5 м, а удельный показатель сырья – 70 кг/м2. Тогда нагрузка будет рассчитываться по формуле P*h*удельный вес=50 м*5 м*70 кг/м² = 17500 кг = 17,5 т. Аналогичные показатели вычисляют для крыши и перекрытий. В первом случае удельный вес материала умножают на площадь. Во втором добавляют еще один множитель – количество перекрывающих элементов. Эти три значения – для каркасных конструкций, крыши и перекрытий – суммируют. Результат, перемноженный на коэффициент надежности (для постройки из дерева он равен 1,1), будет являть собой значение константной нагрузки.

Примерная нагрузка на квадратный метр составляет 150 кг

Поскольку на стадии проектирования нельзя точно узнать общую массу мебели, техники и живых существ, воздействующих на перекрытия, для расчетов используют принятый в нормативах показатель равномерно распределенной нагрузки на квадратный метр (Pt). В жилищах его значение считают равным 150 кг/м². Формула расчета имеет такой вид: S*Pt*n, где n – число использованных перекрытий.

Также при строительстве учитывается снеговая нагрузка на здание, свойственная данному региону. В центральной части ЕТР расчетный показатель считают равным 180 кгс/м². В ряде мест это число значительно выше – в некоторых сибирских регионах оно может достигать 400 кгс/м². Узнать искомое значение можно по карте снеговых районов. Формула для нагрузки состоит из трех множителей: площади крыши, расчетного показателя и коэффициента наклона. Последний параметр для самых типичных покрытий с наклоном в 30-45 градусов считают равным 0,7.

Ветровой нагрузочный показатель часто выражается отрицательным числом (что означает снижение общей массы). Из-за этого при постройке массивных сооружений им часто пренебрегают. Для небольших парусных конструкций, напротив, он очень важен, так как при их возведении нужно представлять влияние на сваи выдергивающих и иных действий. Определяют ветровое давление по формуле: W=0,7* k(z)*c*g, где k(z) – коэффициент для высоты z (находится по таблице для типов местности), с – аэродинамический показатель (зависит от наклона крыши и от того, куда чаще дует ветер – во фронтон или в скат), g – коэффициент надежности, равный 1,4. Чтобы рассчитать общую нагрузку на кровлю, получившееся число W умножают на площадь крыши.

Какие параметры нужно рассчитать для правильного выбора свайного фундамента

Параметры, необходимые для обоснованного выбора свайного фундамента, можно разделить на две группы:

К измеряемым могут быть причислены все свойства грунта на данном участке:

• Состав слоев.
• Уровень залегания грунтовых вод.
• Особенности гидрогеологии, возможность сезонного подтопления, подъемы и понижения водоносных горизонтов.
• Глубина залегания и состав плотных слоев.

К расчетным параметрам относятся:

• Величина нагрузки на основание.
• Несущая способность опоры.
• Схема расположения стволов.
• Параметры свай и ростверка.

Указаны только самые общие параметры, в ходе создания проекта нередко приходится рассчитывать большое количество дополнительных позиций.

ВАЖНО!
Расчет фундамента — ответственная и очень сложная задача. Ее решение можно поручить только грамотному и опытному специалисту, имеющему соответствующую профессиональную подготовку и квалификацию

Кроме того, заказ на выполнение расчета должен быть оформлен официальным порядком, чтобы проектировщик нес полную ответственность за результат своих действий. Проект, составленный неформальным порядком, может стать приговором как самой постройке, так и людям, проживающим в ней.

Выбор оптимального диаметра конструкции

Способы применения свай для фундамента различного диаметра

Понятно, что каждый тип рассчитан на свою допустимую нагрузку, поэтому в некоторых случаях профессионалы считают диаметр самостоятельно и подгоняют под заводские нормы. Итак, сейчас на рынке строительных материалов можно заказать конструкции с диаметром 57, 76, 89 и 108 мм. Подбираются они по некоторым правилам:

1. Диаметр 57 мм рассчитан на небольшую нагрузку, поэтому часто используется для возведения фундаментов для заборов, сараев, других хозяйственных построек небольшой массы.
2. Диаметр 76 мм рассчитан на максимальную нагрузку до 3 тонн, поэтому используется для строительства легких хозяйственных построек.
3. Диаметр 89 мм уже отличается большей несущей способностью, выдерживает нагрузку до 5 тонн на единицу, поэтому оптимален для возведения жилых одноэтажных каркасных зданий.

А вот диаметр 108 мм уже способен нести на себе каркасные жилые здания с несколькими этажами. Только возводить их нужно из относительно легких строительных материалов, ведь допустимая нагрузка на одну сваю составляет до 7 тонн.

Подготовка к работе

Подготовительный период строительства фундамента включает в себя:

Расчёт

Прежде чем приступить к расчёту фундамента, нужно собрать нагрузки от дома, воздействующие на опорные конструкции. Определение максимального давления на грунт нужно для вычисления оптимальной опорной площади.

Суммируют вес:

• всех конструкций,
• технологического оборудования,
• трубопроводов,
• мебели и всего того, что может находиться в доме одновременно, включая и людей.

Также учитывают снеговую нагрузку на кровлю — её величину берут из СНиПа.

Нужно точно установить характеристики грунта. Их можно узнать из вертикальной съёмки места строительства. В каждом местном отделении архитектуры и землеустройства такие документы есть в наличии. В них обязательно указывается глубина промерзания, уровень грунтовых вод и отметка залегания несущего слоя грунта.

Если нет возможности взять копию вертикальной съёмки, то обращаются в местную геологоразведочную службу для проведения изыскательских работ. Характеристики грунта можно установить испытанием образцов почвы, взятых из пробуренных скважин.

Анализируя данные грунтового основания, рассчитывают длину сваи. Она складывается из глубины заложения фундамента и высоты её надземной части. Продольный размер точечной опоры должен быть таким, чтобы её пята находилась ниже зоны промерзания, выше грунтовой воды и была погружена в несущий слой грунта не менее чем на 300 мм.

Оптимальное количество свай определяют путём деления опорной площади на величину пяты одной сваи. Причём саму площадь высчитывают с помощью условно принятой удельной нагрузки от дома, которая должна быть меньше сопротивления несущего слоя грунта. Величину сопротивления почвы берут из вертикальной съёмки.

Расчёт ростверка, как правило, сводится к принятию условного поперечного сечения ленты, где высота принимается в размере не менее 400 мм (это связано с оптимальным размещением продольных стержней арматуры на минимальном расстоянии от верхней и нижней внешней поверхности ленты на 30 – 50 мм). Ширину монолитной полосы принимают равной толщине стен плюс по 30 мм с каждой стороны.

Материалы

Перед началом производства работ заготавливают необходимые материалы для строительства фундамента. Если нет водопровода, на участке устанавливают ёмкость с необходимым запасом воды.

На место завозят:

Для формирования свай готовят оболочки из асбестоцементных, металлических или пластиковых канализационных труб. Для облицовки внутренних поверхностей опалубки необходимо запастись полиэтиленовой плёнкой.

Инструменты

Нужно составить следующий список, согласно которому нужно приготовить следующие инструменты:

1. Лазерный уровень.
2. Садовый бур.
3. Совковые и штыковые лопаты.
4. Шнур и реперы (деревянные колышки или отрезки арматуры).
5. Тачка.
6. Пила, ножовка, молоток, мастерки, степлер.
7. Растворомешалка.

Источник