Расчет сваи по материалу

Обновлено: 24.04.2024

По способу взаимодействия с грунтом в современном строительстве принято различать два основных вида свай: висячие сваи и сваи-стойки. Впрочем данная статья посвящена не рассмотрению видов свай, а расчетным схемам, используемым при расчетах как свай-стоек, так и висячих свай.

При расчетах по материалу свай (при определении гибкости свай) и сваи-стойки и висячие сваи рассматриваются, как сжатые элементы с жестким защемлением на конце .

С той только разницей, что сваи-стойки как правило рассматриваются, как стержни, как минимум жестко защемленные в месте опирания на скальные или малосжимаемые грунты (как правило сваи-стойки должны заглубляться в скальный грунт на 0.5 и более метров), в то время как висячие сваи могут иметь расчетную длину больше, чем глубина заложения сваи. Тем не менее расчетная длина как сваи-стойки, так и висячей сваи может быть и меньше общей длины сваи.

Примечание: Как правило расчетная длина сжатого стержня определяется с помощью коэффициента μ, учитывающего способы закрепления концов стержня. Однако насколько это правило справедливо для свай, частично или почти полностью находящихся в грунте, а не в условном вакууме, я точно сказать не могу. Но об этом чуть позже.

Чтобы понять, почему это так и как такое вообще возможно, рассмотрим следующую картинку:

Рисунок 484.1. а) сваи-стойки (1) и висячие сваи (2), б) и в) расчетные схемы для свай.

Как видно из рисунка 484.1.а), у висячих свай, опирающихся на сжимаемые грунты, нет ярко выраженной опоры снизу. Нагрузка от сваи грунту передается боковой поверхностью (силы трения, возникающие при осадке висячей сваи под нагрузкой, на рисунке 484.1.а) обозначены как т, их можно рассматривать как касательные напряжения, возникающие в грунтах) и нижним концом, где происходит сжатие по площади сечения (на рисунке 484.1.а) нормальные напряжения в грунтах, возникающие под нижним концом сваи, обозначены как σ).

Сваи-стойки опираются на скальные грунты (кроме того к сваям-стойкам относят забивные сваи, которые опираются на малосжимаемые грунты). Таким образом у свай-стоек есть ярко выраженная опора снизу. Более того наличие такой опоры - скальных или малосжимаемых грунтов - практически исключает возможность осадки сваи под нагрузкой, а потому считается, что силы трения на боковой поверхности свай-стоек не возникают и при расчетах несущей способности свай не учитываются.

В итоге какая бы нагрузка ни действовала на сваю-стойку, продольная N, горизонтальная Н, изгибающий момент М, все это в различных комбинациях или вместе, свая-стойка всегда рассматривается как сжатый стержень с жестким защемлением на нижней опоре (расчетная схема на рисунке 484.1.б) справа). Примерное положение нейтральной оси сваи в результате действия указанных нагрузок показано пунктиром. Это может быть продольный изгиб от действия продольной нагрузки или прогиб на верхнем конце от действия горизонтальной нагрузки или изгибающего момента. Все это сопровождается изменением угла наклона поперечных сечений сваи.

А вот с висячими сваями все несколько сложнее.

Если на висячую сваю действует только продольная нагрузка N, то продольного изгиба сваи вообще может не быть, так как свая просто даст осадку s (на рисунке 484.1.б) примерное положение нейтральной оси под действием только продольной нагрузки показано отдельно). Таким образом расчет висячей сваи на продольный изгиб при действии только вертикальной нагрузки не имеет никакого смысла, расчетная длина сваи в этом случае условно равна 0.

При этом если на висячую сваю действует горизонтальная нагрузка и(или) изгибающий момент, то даже без учета действия продольной нагрузки в зависимости от различных характеристик, речь о которых ниже, висячая свая рассматривается, как балка, лежащая на упругом основании, если расчетная отметка защемления сваи находится ниже глубины заложения сваи.

Примерное положение нейтральной оси висячей сваи при действии горизонтальной нагрузки и(или) изгибающего момента показано пунктиром рядом со стержнем, имеющим необходимую длину и жесткое защемление на нижнем конце. Кроме того на рисунке видно, что не только верхний, но и нижний конец сваи в этом случае будет иметь горизонтальное смещение.

Наглядный пример: вы забили в землю деревянный колышек длиной около 55 см диаметром 7 см на глубину 50 см. Если хорошо надавить на колышек сбоку (приложить к нему горизонтальную нагрузку), то земля с противоположной стороны колышка скорее всего промнется, а с той стороны где была приложена нагрузка, образуется щель между грунтом и колышком. Ширина этой щели и есть горизонтальное перемещение сваи на отметке верха грунта. А если гибкость колышка относительно небольшая, то щель скорее всего будет и на отметке низа колышка. К тому же, если грунт неоднородный, то горизонтальное смещение сваи может быть не только таким, как показано на рисунке, смещение нижнего конца может происходить и с той стороны, где действует нагрузка, но это уже частности.

Между тем при соответствующих характеристиках грунта и сваи (как висячей, так и сваи-стойки) расчетная длина сваи может быть меньше длины сваи - рисунок 484.1.в), и тогда часть сваи, находящаяся ниже расчетной отметки защемления, рассматривается просто как элемент, обеспечивающий жесткое защемление стержня.

Ну а теперь пришло время выяснить, как определяется

Расчетная длина сваи

Как это ни странно, но в нормативных документах, посвященных свайным фундаментам, нет четких указаний, как определить расчетную длину сваи. Да и вообще термин "расчетная длина" встречается только 1 раз, когда речь идет о буроинъекционных висячих сваях, проходящих через сильносжимаемые грунты, имеющие модуль деформации Е ≤ 50 кгс/см 2 . В этом случае расчетная длина l_d таких свай при расчетах материала свай на устойчивость (при определении продольного изгиба) принимается в зависимости от диаметра d свай равной:

l_d = 25d при Е = 5-20 кгс/см 2 (484.1.1)

l_d = 15d при Е = 20-50 кгс/см 2 (484.1.2)

Если же расчетная длина l_d больше высоты сильносжимаемого слоя l_g (на рисунке 484.1.а) эта высота обозначена как l для висячей сваи), то расчетную длину следует принимать равной:

l_d = 2l_g = 2l (484.1.3)

Как мы знаем, расчетная длина стержня определяется умножением действительной длины стержня на коэффициент μ. При жестком защемлении на нижнем конце и отсутствии какой-либо опоры на верхнем конце стержня μ = 2. Таким образом для висячих буроинъекционных свай, обычно имеющих низкий ростверк, общее правило расчета сжатых стержней можно считать действующим. А все остальные виды свай следует рассматривать как сжатые стержни, имеющие жесткое защемление в сечении, расположенном на расстоянии l₁ от подошвы ростверка.

Является ли длина l₁ расчетной, или при выполнении расчетов на устойчивость для определения расчетной длины длину l₁ необходимо дополнительно умножать на μ, об этом можно только догадываться по контексту.

Лично мой вывод такой: длина l₁ - это условная длина для свай-стоек. При определении продольного изгиба ее следует дополнительно умножать на коэффициент μ, учитывающий характер закрепления на опорах. При расчете на действие горизонтальной нагрузки и(или) изгибающего момента как висячих свай, так и свай-стоек используется понятие длины изгиба сваи.

На чем основано это утверждение, надеюсь, будет понятно после прочтения нижеследующего материала.

Определение длины l₁ согласно СНиП 2.02.03-85 и согласно Руководству по проектированию свайных фундаментов (1980) несколько отличается. Так в СНиПе используются коэффициенты условий работы, значения коэффициента пропорциональности в несколько раз выше и т.д. Вообще-то СНиП является более свежим нормативным документом и более правильно пользоваться СНиПом, однако и действие Руководства пока никто не отменял и потому дальнейшее изложение будет сделано на основе Руководства по проектированию свайных фундаментов.

Определение длины сваи l₁ производится по следующей формуле:

где l_o (м) - длина участка сваи от уровня поверхности грунта до подошвы ростверка или просто до верха сваи-столба или сваи-колонны.

Если для свай, заделанных в скальный грунт, величина 2/а_д > l, то в таких случаях длина l₁ определяется по другой формуле

где l (м) - действительная глубина погружения сваи в грунт;

Таким образом для свай-стоек, имеющих четко выраженную опору снизу, да еще и заделанных в скальный грунт, длина l₁ не может быть больше суммы надземной и подземной части. Но надземная часть l_o свай-колонн или свай-столбов может быть сопоставимой с подземной частью l и в этом случае при проведении соответствующих расчетов умножение длины сваи (как минимум для надземной ее части) на коэффициент µ обязательно. А значит и расчетная длина таких свай может быть больше длины l₁.На мой взгляд, это достаточное основание, чтобы считать длину l₁ некоторой условной длиной.

А кроме того подобная ситуация (2/а_д > l) может возникнуть только при рассмотрении сильносжимаемых грунтов, через которые проходит свая-стойка. Получается, что наличие подобных сильносжимаемых грунтов при выборе расчетной схемы вообще не учитывается, точнее, можно предположить, что сильносжимаемые грунты почти не препятствуют продольному изгибу свай-стоек.

Ну теперь пойдем дальше.

а_д (1/м) - коэффициент деформации, определяемый по следующей формуле:

где К (тс/м 4 ) - коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств грунта, окружающего сваю. Значение К определяется по одной из следующих таблиц:

Таблица 484.1 (согласно Руководства по проектированию свайных фундаментов)

Таблица 481.2 (Согласно СНиП 2.02.03-85)

Примечания:

1. Как видим, согласно СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты" значения коэффициента пропорциональности принимаются примерно в 3 раза больше. Однако на выходе, с учетом того, что при определении а_д согласно СНиП подкоренное выражение следует дополнительно делить на коэффициент условий работы, в данном случае равный 3 (при рассмотрении только первой стадии напряженно-деформированного состояния системы «грунт - свая»), никакой разницы практически не будет.

2. Меньшие значения К как в в таблице 484.1, так и в таблице 484.2 соответствуют более высоким значениям показателя консистенции I_L глинистых грунтов или коэффициента пористости е песчаных грунтов (данные показатели указаны в скобках), а большие значения К соответствуют более низким значениям I_L или е. Для грунтов с промежуточными значениями характеристик I_L и е величины коэффициента К определяются интерполяцией.

3. Коэффициент К для плотных песков принимается на 30% выше, чем наибольшие значения К для заданного вида грунта.

b_c (м) - условная ширина сваи или диаметр. Для свай с диаметром стволов ≥ 0,8 м условная ширина сваи принимается равной b_с = d + 1, для свай с меньшими размерами сечений b_с = 1,5d + 0,5.

Е (кгс/м 2 ) - модуль упругости материала сваи. Для железобетонных свай принимается значение начального модуля упругости.

I (м 4 ) - момент инерции поперечного сечения сваи. Если геометрические параметры сечения сваи изменяются по длине, то следует использовать приведенный момент инерции.

Таким образом при всех прочих неизменных характеристиках материала сваи значение коэффициента К тем меньше, чем больше сжимаемость грунта (чем меньше модуль деформации грунта). А чем меньше значение К, тем меньше значение а_д. Соответственно чем меньше значение а_д, тем больше в итоге значение l₁. Как уже говорилось, для свай-стоек, имеющих четко выраженную опору на скальный грунт, вводится ограничение длины l₁, выраженное формулой (482.2). Для висячих свай, за исключением буроинъекционных, такого ограничения не существует.

Далее, в нормативных документах есть такое понятие как "приведенная длина сваи", обозначается как l , но так как никакой размерности она не имеет, то я бы назвал ее коэффициентом приведенной длины.

Коэффициент приведенной длины определяется по следующей формуле:

При расчетах на горизонтальную нагрузку и изгибающий момент требуется определять длину изгиба сваи l_м:

Где l_o и а_д принимаются такими же как и в формуле (484.2.1), а значение коэффициента k₂ зависит от значения коэффициента приведенной длины и может изменяться в относительно небольших пределах, от k₂ = 2.1 при l = 2.7 до k₂ = 1.85 при l ≥ 4, если определять по графику, или от k₂ = 2.35 при l = 2.6 и l_o = 0 до k₂ = 1.8 при l ≥ 3.5 и l_o ≥ 15 м, если определять по таблице с учетом высоты сваи над поверхностью грунта. Тем не менее для упрощенных или предварительных расчетов при определении приведенной длины можно пользоваться формулой (484.2.1).

Так как при расчетах на горизонтальную нагрузку или изгибающий момент свая рассматривается просто как вертикальная консольная балка с жестким защемлением, то дополнительно умножать длину l_м на коэффициент µ нет необходимости. Таким образом длина изгиба сваи l_м равна расчетной длине вертикальной консольной балки.

Если рассматриваемые сваи имеют соединение с ростверком, обеспечивающее необходимую жесткость, то такие сваи и ростверк рассматриваются как пространственные рамные конструкции. Другими словами, при расчете таких свай следует учитывать дополнительный изгибающий момент, возникающий из-за жесткого соединения свай с ростверком. Впрочем это как правило актуально только для крайних в ряду свай.

Пример определения расчетной длины сваи

Рассмотрим на этот раз деревянный колышек диаметром 5 см, вбитый на глубину 50 см в пластичную глину (I_L = 0.75). Для удобства расчетов все данные будут переведены в метры и килограммсилы.

Согласно таблицы 484.1 для забивной сваи К = 250 тс/м 4 (250000 кгс/м 4 );

Так как диаметр сваи меньше 0.8 м, то условная ширина сваи составит:

b_c = 1.5·0.05 + 0.5 = 0.575 м;

Модуль упругости древесины составляет Е = 10 9 кгс/м 2 ;

Момент инерции круглого сечения I = пD 4 /64 = 3.14·0.07 4 /64 = 117.85·10 -8 м 4

Тогда значение коэффициента деформации составит:

а_д = (250000·0.575/10 9 ·117.85·10 -8 ) 1/5 = 2.61

Тогда длина l₁ составит:

l₁ = 0.05 + 2/2.61 = 0.815 м

Если наш колышек - это висячая свая, то расчетная длина при действии горизонтальных нагрузок составит:

А если рассматривать колышек, как сваю-стойку, то при определении продольного изгиба расчетная длина сваи составит:

Тогда при радиусе инерции, равном d/4 = 0.07/4 = 0.0175 м гибкость сваи будет составлять:

λ = l_p/i = 1.63/0.0175 = 93

Как для сжатого элемента, то это вполне нормальное значение гибкости.

Если же рассматривать некую сваю, жестко соединенную с ростверком, при этом жесткость ростверка значительно больше жесткости сваи, то такое соединение сваи с ростверком соответствует скользящей заделке на верхней опоре балки. Соответственно при этом μ = 1 и расчетная длина и значение гибкости будут в 2 раза меньше.

На этом пока все.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье "Записаться на прием к доктору"

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Для Украины - номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 4128 9630

Рассмотрим все тот же деревянный колышек диаметром 7 см, вбитый на глубину 50 см в пластичную глину (IL = 0.75). Для удобства расчетов все данные будут переведены в метры и килограммсилы.

Согласно таблицы 484.1 для забивной сваи К = 250 тс/м4 (250000 кгс/м4);

Так как диаметр сваи меньше 0.8 м, то условная ширина сваи составит:

bc = 1.5·0.05 + 0.5 = 0.575 м
Случайно в формуле не т ошибки, bc =1.5*0.07 диаметр буска 7 см.?

Да, накосячил. Но не беда, изменил диаметр колышка, чтобы не переделывать расчеты. Ведь это всего лишь пример расчета, не более того. Но все равно, спасибо за внимательность.

Не хотел вас упрекать, просто в замешательство ввело сначала, вот и спросил.

Скажите как влияет нагрузка здания на сваи, как выбрать? сваи либо плиту для многоэтажности?

Тогда при радиусе инерции, равном d/4 = 0.07/4 = 0.0175 м гибкость сваи будет составлять. d/4 = 0.05/4

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).

Совет:
В программе реализована автоматическая проверка общей толщи грунта по участку сваи погруженного в грунт, поэтому слои грунтов лучше заводить полной толщиной сверху в низ, от ростверка, с последующим разбиением на необходимое количество элементов в расчетной схеме.

Изменения в pile2LIRA v.1.1:
- расчетная схема генерируется на всю длину сваи;
- добавлена возможность введения корректирующих коэффициентов для вычисления условной ширины сваи и модуля упругости бетона;
- добавлен вывод значения приведенного коэффициента деформации ae, по которому вычисляется l1 - длина сваи используемая при учете продольного изгиба.

dancha, вы про это:
Принятая в пункте расчетная схема предназначена для учета продольного изгиба свай, свай-оболочек и свай-столбов (определения гибкости).
Данный документ на который вы ссылаетесь не имеет определенного статуса и был издан в развитие СНиП II-17-77. По поводу расчетной схемы в СП 24.13330.2011 п.7.1.8 а так же В.4 по моему однозначно все сказано - допускается (конечно у схемы В.1 уши растут с более древних документов - есть некое несоответствие выше указанным пунктам).

relaxyn2009, да, я про это: "Принятая в пункте расчетная схема предназначена для учета продольного изгиба свай, свай-оболочек и свай-столбов (определения гибкости) и НЕ ДОЛЖНА ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ И ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ в их сечениях".

Для упрощения рутинных расчетов свай по трем составляющим официально разрешили использовать ЭВМ. При этом предполагается, что аналитическое решение предложенное в ранее изданных документах, будет совпадать с расчетами на ЭВМ.

Так как теория расчета никак не изменилась, то новый порядок расчета не имел бы смысла, хотя бы потому, что формула 7.1 СП 24.13330.2011 встречается во всех ранее изданных документах по проектированию свай.

Расстояние l1 (формула 7.1 СП 24.13330.2011 или формула 7.1 СП 50-103-2003) это ни что не иное, как расчетная длина сваи, которую надо использовать расчете свай по материалу (например, в Лире), когда уже были получены усилия.

Вводить это значение следует, когда (закладка ЖБ/Задание параметров для ж/б конструкций/Тип) стержню присваивается расчетная длина сваи.

А длины свай, которые необходимо смоделировать в расчетной схеме для получения расчетных усилий в стержне для дальнейших расчетов в Лире, необходимо принимать по СП 50-102-2003, Приложение Д, п. Д.3:"Под глубиной l следует понимать фактическую глубину погружения свай при отпирании их на дисперсный или скальный грунт в случае отсутствия заделки (забуривания) в него. В случаях когда набивные и буровые сваи, сваи-оболочки или сваи-столбы заделаны не менее чем на 0,5 м в невыветрелый скальный грунт. ". То же самое есть и в"РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ", 1980.

Полезная информация на этот счет есть в следующих изданиях:

1. Шапиро Д.М. "Теория и расчет модели оснований и объектов геотехники" 2012, с.99 и т.д (своеобразное пособие к СП 22.13330.2011 и СП 24.13330.2011)

2.Силин и др. "Проектирование свайных фундаментов глубокого заложения", 1981, стр.119 и т.д.

dancha, вы конечно формально правы про методу, но если сравнивать результаты статрасчета схемы со сваей на всю длину и длиной до расчетной точки защемления (конечно то же есть определенная область применимости) дает достаточно приемлемую сходимость результатов, конечно распределение усилий ниже точки защемления не узнать, что в принципе и не нужно, зато к примеру для крупных схем (я имею в виду расчет системы сооружение - грунт) дает возможность сократить число КЭ (для чего и создавалась программа - что бы быстро построить свайное основание). НЕ ВОПРОС - ввести изменения в программу для моделирования всей сваи не сложно.

relaxyn2009, я буду очень признателен, если вы подкорректируете программу так, чтобы необходимую длину сваи можно было вводить вручную.

Прошу разъяснить несколько моментов касательно расчёта свай.
СП 24.13330.2011 "Свайные фундаменты" разрешает считать сваи на прочность по материалу свай по двум методикам, если правильно понял.

Первый способ
7.1.8 При расчете свай всех видов по прочности материала сваю допускается рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии L1.

Второй способ
Приложение В (рекомендуемое). Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента

Даже по картинкам это разные расчётные схемы.
СП не разъясняет какой именно методикой обязательно пользоваться при расчёте свай и от чего это зависит.

1) Прошу подсказать какой именно методикой пользоваться при расчёте свай. Или от чего это зависит ?
Или эти методики дополняют друг друга и всегда надо пользоваться обоими ?

2) Много раз видел что люди назначают в моделях МКЭ разные длины пеньков из-под свай. Кто-то берёт 100 мм и считает руками, кто-то 1 м, кто-то 1,5 м.
Чем руководствуются короткопенёчники мне ясно. А как назначают длины пеньков в SCAD длинопенёчники ?
Ведь по расчётам по п. 7.1.8. длина пеньков у меня лично всегда получается за 3 м, а длиннее 1,5 м пеньков я ещё не видел.

3) Пожалуйста, порекомендуйте почитать классику жанра по сваям.

Длинные пеньки (с длиной по 7.1.8) в общей расчетной схеме назначать - ошибочно, поскольку они некорректно отражают работу самой сваи. Собственно, 7.1.8 адаптирован под ручной расчет прочности сваи, что есть хорошо. Но если ты определил усилия каким-либо другим способом - то СП 24 этому не препятствует.
Короткие пеньки этого недостатка лишены, поскольку предполагают что мы знаем поведение сваи и спец.элемент в "пятке" пенька полностью это поведение отражает. Вообще с появлением возможности посмотреть усилия в одноузловых спецэлементах необходимость в коротких пеньках отпала, это "костыль" из СКАДа 11

Tyhig/
1/ Выполняете расчеты по приложению В, для расчета материала сваи вам нужно из этого расчета значения внутренних усилий М, Q и N.
2/ Открываете, скажем для ЖБ, Пособие к СП 52-101-2003 п.п.3.53 - 3.55 и увеличиваете момент М, при этом расчетной схемой для определения Lo у вас будет схема п. 7.1.8 СП 24.

Вообще с появлением возможности посмотреть усилия в одноузловых спецэлементах необходимость в коротких пеньках отпала, это "костыль" из СКАДа 11

А чем пеньки L=1м вас спасут? Тем, что там будет адский скачок моментов в "голове" сваи и по прочности понадобятся d=900?

Оснащение проходки горных выработок, ПОС, нормоконтроль, КР, АР

То есть правильно ли я понял алгоритм действий ?

1) Предварительно считаем нагрузку на сваю и осадку свай и составе куста или одиночной (смотря что в реальности).
2) Делим Нормативную длительную нагрузку / "нормативную" осадку сваи (от длительной нормативной нагрузки с учётом всех коэффициентов этажности и площади по СП 20) = жёсткость по оси Z низа пенька сваи в кН/м.
2) Создаём модель с моделированием ростверков и свай короткими пеньками 100-200 мм. Каркас стоит на жёсткости по Z, а сбоку назначаются любые стартовые горизонтальные жёсткости спецэлемента для первой итерации. Допустим горизонтальные 200 кН/м.
3) Из модели получаем усилия в пеньках по верху пеньков (или узлах спецэлементов) - N, My, Mx, Qy, Qx, Т.
4) Из п. 7.1.8. СП 24 получаем L1
5) Разбиваем грунты и ИГЭ на слои около 0,5 м. По каждому слою из приложения В СП 24 получаем Кi кН/м4 и Сi кН/м3.
6) Сi кН/м3 это коэффициент постели грунта на боковой поверхности сваи.
То есть Сi * площадь места контакта слоя 0,5 м и сваи шириной допустим 0,4 м = жёсткость в точке. То есть Сi*0,5*0,4=0.2*Ci - это жёсткость каждого слоя в точке.
7) Берём самую нагруженную сваю и моделируем отдельно от ростверка заменяя его нагрузками на сваю.
Сваю моделируем заделанной в грунт на длину L1+L0 (если высокий ростверк), снизу спец элемент с жёсткостью по Z, по бокам каждые 0,5 м упругие спецэлементы с жёсткостью по х, у.
8) Верхние сколько-то метров толщины грунта не учитываем в расчёте ? Сколько и где это написано ?
9) По итогам расчёта отдельной сваи получаем её армирование и перемещение верха сваи.
10) Горизонтальная нагрузка / перемещение = новая горизонтальная жёсткость
11) Вторая итерация, - пересчёт всего здания + то же самое с рассчитанной новой горизонтальной жёсткостью пеньков свай.
12) После 2-3 итераций жёсткости сходятся.
13) Итого в итоге -
Сваю считаем на прочность по материалу отдельно от схемы по последним нагрузкам.
Схему считаем по последним жёсткостям пеньков.

14) Для плитных ростверков, видимо, надо выделять хотя бы 2 типа свай - средние и крайние. И считать их отдельно. Так ли это ?

Тогда остаются вопросы.
При применении коротких пеньков, если назначать пенькам просто жёсткость на перемещение по х и у то потеряется поворот головы сваи от нагрузки. Как тут быть ?
Моделировать в пеньках схемы ещё и жёсткость вращения по осям х и у ? Как её найти ?
Но и в таком случае не вижу связи между моментами в коротких пеньках и моментами в реальной конструкции в головах свай.
Как тут быть ?

Интуитивно кажется более верной методика с моделированием всей сваи целиком (все 4 м пенька) в расчётной схеме. Почему так нельзя ?
Зачем их считать отдельно ?

Время чтения: 15 минут Интересно, но нет времени читать?

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.

Отметка рельефа по скважине 1 = 0 м, отметка головы сваи находится в интервале от +1 до -3 м с шагом 1 м в абсолютных координатах модели грунта. Длину сваи принимаем = 6 м. Свая целиком находится в ИГЭ №4 В инженерно-геологическом разрезе находится только один слой грунта.

4. Геометрические размеры

h (глубина заложения нижнего конца сваи от рельефа) = 5…9 м
U (периметр) = 4*d = 4*0.3 = 1.2 м
А (площадь) = d 2 = 0.3 2 = 0.09 м 2

5. Коэффициенты при расчётах

Скриншот окна Параметров определения теоретической несущей способности свайного основания СП 24.13330.2011

Y_c = 1, для забивных свай, по п.7.2.2;
Y_cr = 1 (погружение сплошных свай дизель-молотами), таблица 7.4, п.1;
Y_cf = 1 (погружение сплошных свай дизель-молотами), таблица 7.4, п.1.

6. Определение несущей способности каждой сваи

Определение расчётного сопротивления грунта под нижним концом сваи выполняется по таблице 7.2:

Определение расчётного сопротивления грунта по боковой поверхности сваи выполняется по таблице 7.3: