Расчет свайного фундамента с плитным ростверком

Пример расчета свайного фундамента с ростверком

Время эксплуатации любого дома в первую очередь определяют характеристики устойчивости и прочности его основы, поэтому добросовестно выполненный расчет свайного фундамента становится важным определяющим фактором конечного результата строительства. Особенности составления проекта напрямую зависят от выбранного типа опоры дома. Бурение или вкручивание свай отличается от воздействия на грунт столбов при их забивке специализированной техникой. Объемы земляных, арматурных, бетонных работ, потребность в нужном оснащении повлияют и на затратный раздел сметы.

Принципы расчета

Строительные нормы говорят, что расчет фундамента на сваях проводится по результатам инженерно геологических изысканий. Исходя из природных условий участка, определяются расчетные физические, прочностные, деформационные характеристики для фундамента будущего здания в соответствие с ГОСТом 20522.

Насколько ответственной частью для здания является фундамент, каковы последствия отсутствия учета всех факторов влияния, малой несущей способности или грубых ошибок в проекте, видно на фото:

Не выдержало основание

Требования к проектированию конструкции фундаментов для различного типа свай сведены в СНиПе 2.02.03-85:

1. Длину опорного столба выбирают такого размера, чтобы имеющаяся нагрузка передавалась на прочный пласт породы, проходя сквозь слабые пласты.
2. Исследования для проекта на просадочных грунтах должны выполняться только специализированной организацией.
3. В зависимости от рельефа и сложности участка застройки делают контрольное бурение с шагом между скважинами не больше 50 м. Для каждого отдельного контура фундамента не менее 4 бурений. Для проектирования здания с площадью основания не более 1300 м² допускается сделать 3 скважины.
4. По результатам изучения наличия и сезонного изменения грунтовых вод, составляется прогноз возможных изменений после постройки выбранного сооружения. Каждая из характеристик почвы, которая может измениться при замачивании, берется в проводимом расчете, исходя из максимального водонасыщения.
5. На подрабатываемых строительных площадках нужно дополнительно применение СНиПа 2.01.09-91.
6. В сейсмически опасных районах обязательно надо руководствоваться СНиПом II-7-81*.

Первоначально нужно выяснить показатели прочности залегающего грунта на предназначенном для строительства участке. Применяют 2 метода: бурение вручную или рытье шурфов. Углубиться нужно на 0,5 м больше, чем подошва будущего фундамента.

Правильный расчет свайного фундамента по результатам собственных изысканий включает в себя ознакомление с Приложением А к ГОСТу 25100 – 2011. В нем представлены основные критерии, по которым тип вынутого грунта определяют визуально.

Расчет 1 опоры

Определение минимального количества свай для фундамента будет исходить из несущей способности 1 элемента.

Ее можно определить по следующей формуле:

P= (0,7×R×S)+(u×0,8×fin×li), в котором:

P — нагрузка, которую гарантированно длительно выдерживает 1 опора без разрушения;

R — несущая способность почвы (табличное значение);

S — опорная площадь столба, для круглой сваи: S=3,14×r²/2;

u — периметр 1 опоры;

fin — сопротивление почвы по боковым сторонам элемента фундамента(табличное значение);

li — толщина слоя грунта по боковой поверхности сваи (определяется отдельно для каждого слоя почвы).

Самостоятельный расчет допустимых нагрузок на свайный фундамент упрощенно можно выполнять по данным из таблицы:

Самостоятельный расчет допустимых нагрузок на свайный фундамент

Чтобы рассчитать минимально необходимое количество точек опоры нужно взять такую простою формулу: n=Q/Р, где Q — масса дома. Общее необходимое количество будет определяться, исходя из планировки нижнего этажа здания.

Столбы разной высоты и глубины залегания

Как получить нужных размеров горизонтальное основание на участке с большим наклоном при помощи правильно рассчитанной каждой из буронабивных свай, видно на этом фото:

При суммировании нагрузок на основание необходимо учитывать по весу все конструктивные элементы здания, переменные нагрузки (снеговая, ветровая, люди, мебель, технологическое оборудование) и запас прочности 30%.

Количество столбов

Обеспечить требуемый показатель прочности фундамента можно, только установив сваи в количестве не меньшем, чем предписывает расчет.

Свайный буронабивной фундамент пример определения требуемого количества элементов:

Определим минимальное количество точек распределения общей весовой нагрузки на грунт с несущей способностью 3,5 кг/см². Вес здания (включая массу фундамента), будет равен 150 000 кг. У буронабивной колонны с подошвой Ø50 см площадь нижней части одного элемента 3892,5 см². Для распределения всего веса потребуется (150000 : 3892,5)/3,5 = 11,01 шт. Всего потребуется 11 буронабивных свай. Их распределяют по углам и расположению несущих конструкций здания.

Дополнительно предусматривают опоры в местах пересечений стен и установки тяжелого технологического оборудования.

Будет низкий ростверк на сваях

Чтобы нагрузка равномерно распределялась на несущие элементы, выполняют устройство ростверка свайного фундамента, который может быть различной высоты от уровня земли. Пример выполненной подготовки к обвязке буронабивных колонн бетонным ростверком приведен на фото:

Свайно-ростверковый фундамент находит применение там, где поверхностные грунты не пригодны для ленточного фундамента (слабый, пучинистый, промерзающий на большую глубину грунт).

Сваи можно устанавливать в любых климатических зонах, поэтому ростверковый вариант востребован в регионах с низкими сезонными температурами, суровым климатом.

Принципы быстрого вычисления параметров свайного фундамента с ростверком в виде мелкозаглубленной ленты приведены на этом видео:

Отличительная особенность такой технологии – это высокие темпы возведения и незначительная потребность в земляных работах, особенно для уже готовых свай винтового или забивного типов.

Правильно выбрать шаг

Строительные нормы рекомендуют выбирать расстояние между соседними сваями в границах установленного минимального и максимального значения. Это вызвано следующими причинами:

1. Близкое расположение опор приводит к тому, что они начинают работать по наружному периметру как куст. Это уменьшает их общую несущую способность за счет повышения давления на основу в этом месте. Особенно сильно это проявляется, если работают забивными элементами, так ка вокруг них происходит сильное уплотнение почвы при установке.
2. При увеличении расстояния между точками опоры возрастают искривляющие воздействия на ростверк, плиту или венец дома. Приходится увеличивать толщину горизонтальных связей. Сама колонна начинает работать одиночной стойкой, возникающие усилия быстро разрушают площадку крепления к подошве. Сравнительный расчет ростверка для различных вариантов расположения опор показывает, что сокращение количества столбов, увеличенный просвет между рядов свай при большой площади постройки приводит к повышению значений требуемых параметров у ростверка и не дает экономии материалов.
3. Минимальное расстояние между центрами колонн (при требовании в 3Ø) нельзя принимать меньше, чем 2 Ø опоры. Исключение составляют только варианты установки под наклоном. Шаг будет зависеть от угла наклона. В среднем он составит 1,5 Ø трубы.

Ставить сваи с самым малым просветом не значит повышать устойчивость дома – возникает взаимное влияние, которое снижает равномерность компенсации нагрузки на основание.

Наибольшее расстояние для опор должно соотноситься с прочностью обвязывающих горизонтальных балок. Они не должны прогибаться больше установленного значения.

Стандарты принимают допустимый шаг в 5-6 Ø стойки.

Легкие дома и хозяйственные постройки ставят на винтовые сваи. Быстрый монтаж без применения строительной техники позволяет за 1 – 2 дня изготовить такой фундамент, как на этом фото:

Прочно и быстро

Расстояние между винтовыми столбами должно быть от 1 м и до 2 м. для буронабивных оснований (подошва 0,4 м) от 1,2 м на минимуме до 2,4 м на максимуме.

В расчете ширины просвета между сваями 2-этажных домов значение можно уменьшить. Наличие внутренней несущей стенки, на которой сходятся плиты перекрытия, требует сокращения шага на 30% между столбами.

Арматура

Общая площадь сечения армирования должна составлять не менее 0,1% сечения ленточного ростверка.

При длине прямого участка ленты до 3 м арматурные прутки берут толщиной от Ø 10 мм.

Если длина более 3 м, то не менее Ø 12 мм. Горизонтальная обвязка (хомуты) делается из проволоки от Ø 6 мм.

Вертикальные хомуты от Ø 6 мм при ленте высотой до 0,8 м, свыше – Ø 8 мм и более.

Пример устройства свайно – ленточного основания показан на такой схеме:

Для армирования выбирают прутки с периодическим профилем, класс А 400. Изготовление поперечных хомутов производят из гладкой проволоки, класс А 240.

Коэффициенты

В расчете элементы различают не только по конструкции и способу установки. Для тог, чтобы учесть характеристики сваи по материалу вводятся специальные коэффициенты.

Эти значения берут из такой таблицы

В случае монтажа фундамента из изделий заводского изготовления, при их приобретении следует ознакомиться с паспортной способностью сваи длительно выдерживать определенный тип нагрузки. Это позволит более точно рассчитать количество и расположение опор для конкретных условий.

Быстрый результат

На строительных сайтах можно рассчитать свайный фундамент для своего дома при помощи программы – онлайн калькулятора.

Выглядеть она будет приблизительно так:

Расчеты такого калькулятора проводятся по СНиПу 3.03.01-87, СНиПу 52-01-2003, а также ГОСТу Р 52086-2003.

Большинство параметров свайно-ростверкового фундамента изменяют свое значение в каждом конкретном случае. К ним относятся: форма и материал изделия, способы воздействия на грунты, вид монтажа, геометрия ростверка. Для точного учета всех составляющих надежного решения надо произвести все необходимые замеры и дополнительные расчёты, поэтому в сложных случаях лучше пригласить квалифицированных специалистов.

Источник

Методика расчета свайного буронабивного фундамента с ростверком

Расчет свайного фундамента выполняется в зависимости от его типа. Важно понимать, что расчет буронабивных свай будет отличаться от вычислений для винтовых. Но во всех случаях требуется выполнить предварительную подготовку, которая включает в себя сбор нагрузок и геологические изыскания.

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

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

Расчет сваи

На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:

• шаг свай;
• длина сваи до края ростверка;
• сечение.

Чаще всего размеры сечения определяют заранее, а остальные показатели подбирают исходя их имеющихся данных. Таким образом, результатом расчета должны стать расстояние между сваями и их длина.

Всю массу здания, полученную на предыдущем этапе, требуется разделить на общую длину ростверка. При этом учитываются как наружные, так и внутренние стены. Результатом деления станет нагрузка на каждый пог.м фундаментов.

Несущую способность одного элемента фундамента можно найти по формуле:
P = (0,7 • R • S) + (u • 0,8 • fin • li), где:

• P — нагрузка, которую без разрушения выдерживает одна свая;
• R — прочность почвы, которую можно найти по таблицам, представленным ниже после изучения состава грунта;
• S — площадь сечения сваи в нижней части, для круглой сваи формула выглядит следующим образом: S = 3,14*r2/2 (здесь r — это радиус окружности);
• u — периметр элемента фундамента, можно найти по формуле периметра окружности для круглого элемента;
• fin — сопротивление почвы по боковым сторонам элемента фундамента, см. таблицу для глинистых грунтов выше;
• li — толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (находят для каждого слоя почвы отдельно);
• 0,7 и 0,8 — это коэффициенты.

Шаг фундаментов рассчитывается по более простой формуле: l = P/Q, где Q—это масса дома на пог.м фундамента, найденная ранее. Чтобы найти расстояние между буронабивными сваями в свету, из найденной величины просто вычитают ширину одного элемента фундамента.

При выполнении расчетов рекомендуется рассмотреть несколько вариантов с разными длинами элементов. После этого будет легко подобрать наиболее экономичный.

Армирование буронабивных свай выполняется в соответствии с нормативными документами. Арматурные каркасы состоят из рабочей арматуры и хомутов. Первая берет на себя изгибающие воздействия, а вторые обеспечивают совместную работу отдельных стержней.

Каркасы для буронабивных свай подбираются в зависимости от нагрузки и размеров сечения. Рабочая арматура устанавливается в вертикальном положении, для нее используют стальные стержни D от 10 до 16 мм. При этом выбирают материал класса А400 (с периодическим профилем). Для изготовления поперечных хомутов потребуется закупить гладкую арматуру класса А240. D = минимум 6-8 мм.

Сортамент стальной арматуры

Каркасы буронабивных свай устанавливаются так, чтобы металл не доходил за край бетона на 2-3 см. Это нужно для обеспечения защитного слоя, который предотвратить появление коррозии (ржавчины на арматуре).

Размеры ростверка и его армирование

Элемент проектируется так же, как и ленточный фундамент. Высота ростверка зависит от того, насколько нужно поднять здание, а также от его массы. Самостоятельно можно выполнить расчет элемента, который опирается вровень с землей, или немного заглублен в нее. Основа расчетов висячего варианта слишком сложна для неспециалиста, поэтому такую работу стоит доверить профессионалам.

Пример правильной вязки арматурного каркаса

Размеры ростверка вычисляются так: В = М / (L • R), где:

• B — это минимальное расстояние для опирания ленты (ширина обвязки);
• М — масса здания без учета веса свай;
• L — длина обвязки;
• R — прочность почвы у поверхности земли.

Арматурные каркасы обвязки подбираются так же, как и для здания на ленточном фундаменте. В ростверке требуется установить рабочее армирование (вдоль ленты), горизонтальное поперечное, вертикальное поперечное.

Общую площадь сечения рабочего армирования подбирают так, чтобы она была не меньше 0,1% от сечения ленты. Чтобы подобрать сечение каждого стержня и их количество (четное), пользуются сортаментом арматуры. Также необходимо учитывать указания СП по наименьшим размерам.

Источник