Онлайн калькулятор расчета буронабивных свайно-ростверковых и столбчатых фундаментов

Пример упрощенного расчета

Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:

• грунты на участке — глина;
• диаметр используемых свай — 133 мм, диаметр лопасти — 350 мм;
• масса дома, полученная в результате сбора нагрузок от стен, перегородок, перекрытий, полезного и снегового нагружения — 59 тонн.
• периметр наружных стен — 24 м, внутренних несущих стен нет.

Сначала находится прочность грунта основания. Воспользовавшись приведенной ранее таблицей находим, что для имеющегося типа почвы она составляет 6,0 кг/см². Коэффициент надежности по нагрузке принимаем 1,75 (для обеспечения запаса по надежности). Остается вычислить площадь лепестковой подошвы:

S = (πD²)/4 = 3,14*352/4 = 961,6 см² (значение диаметра лопасти в расчет берется в сантиметрах).

Находим неоптимизированную несущую способность:

F = S*Rо = 961,6*6,0 = 5770 кг.

Вычисляем допустимую нагрузку:

N = F/γk = 5770/1,75 = 3279 кг ≈ 3,3 т.

Для дальнейшего расчета определяем минимальное количество свай, которые способны удержать данный дом:

59 т/3,3т = 17,87 шт, округляем до целых в большую сторону и принимаем в дальнейший расчет 18 шт.

Чтобы завершить вычисления для возведения фундаментов, нужно определить шаг между сваями. Для этого длину стен дома делят на количество опорных элементов:

24 м/18 шт = 1,33 м — максимальный шаг фундаментов.

Получилось довольно большое количество свай для такого небольшого дома, т.к. мы приняли что геологические изыскания не проводились, и пришлось принять γk = 1,75, если провести исследования хотя бы пробным вкручиванием (эталонным), тогда количество свай можно снизить до 12-13 штук, а это существенная экономия. В каждом случае нужно считать что обойдется дешевле — геологические изыскания или самостоятельный расчет и перестраховка по несущей способности.

Определение максимальной нагрузки на сваю — только часть вычислений для проектирования. Как показано выше, на этом расчет не заканчивается. Окончательными результатами вычислений должны стать следующие данные для свай:

• сечение;
• длина;
• шаг;
• распределение под несущими стенами.

Уменьшающие коэффициенты

Обобщая вышесказанное, можно утверждать, что для простейших расчетов необходимо знать только прочностные характеристики грунта и площадь лопасти. При этом прочность грунта увеличивается с глубиной.

Однако, при упрощенной оценке данных параметров требуется ввести дополнительные коэффициенты, определяющие несущую способность с запасом надежности. Это связано с тем, что подробные изыскания не всегда проводятся, а данные берутся из таблиц для того или иного региона или приблизительного вида грунта.

Так, окончательный расчет следует вести по формуле:

N=F/yk

Где N – несущая способность сваи, F – сила давления, которую мы рассмотрели в предыдущем разделе, а yk – это коэффициент надежности.

Коэффициент надежности принимается с учетом количества опор и способов геологической разведки.

Его значение берется равным:

1,2 – при полном геологическом обследовании грунта.

Он включает в себя зондирование и лабораторные исследования. Выполняется такое исследование специализированными лабораториями и, как правило, достаточно затратно. В частном строительстве практически не применяется.

1,25 – при проведении пробного вкручивания. Для этого в различные участки вкручивается эталонная свая, но определить нагрузочные параметры достаточно непросто без специальных знаний

1,4-1,75 – при использовании табличных (весьма приблизительных) значений для грунтов.

Таким образом, видим, что в расчет закладывается обычно до 75% надежности, т.е берется или количество свай, почти вдвое превышающих расчетные параметры.

3.2. Заливка скважин. Армирование свай фундамента

Перед заливкой бетоном каждая из скважин армируется. Арматура раскладывается продольно по всей длине сваи. Для каждой из столбовых опор достаточно 4-6 прутьев диаметром 12-10 мм. Для придания устойчивости каждая из арматур предварительно сваривается между собой проволокой. Получается своеобразный каркас (закладная), который вставляется в подготовленную скважину. Арматура обязательно должна выступать над сваей – ее длина должна быть такова, чтобы сцепление с ростверком было достаточным. Расстояние от стен скважины (в случае установки опалубки – от стен опалубки) до прута – не менее 5 см.

Во избежание появления воздушных карманов бетонирование должно осуществляться послойно по 25-30 см. Каждый последующий слой плотно утрамбовывается лопатой-штыковкой или вибратором. Чтобы не допустить швов на стыках, заливка каждого последующего слоя производится до высыхания предыдущего.

Параметры для расчета основания

Перед началом расчетов основания необходимо проанализировать геологические и климатические условия на участке.

При дальнейшем понадобятся такие сведения:

• тип грунта, а также его химический состав, физико-механические свойства, влажность;
• глубина промерзания земельных масс и уровень подземных источников под опорной площадью;
• риски подтопления, оползней и т.п.;
• карта участка, где отображены особенности ландшафта, а также линии инженерных коммуникаций.
• среднее количество осадков в регионе.

Вычисления проводят с целью определения таких параметров, как:

• глубина закладки основания;
• количество свай и оптимальный шаг между ними;
• вес конструкции, который давит на фундамент;
• допустимая нагрузка на силовые элементы;
• сопротивление почвы.

Для расчета суммарных нагрузок от проектного сооружения необходимо иметь его план, чтобы знать:

1. площадь перекрытий;
2. высоту этажей, толщину стен;
3. используемые строительные материалы.

Все допустимые и поправочные коэффициенты берутся из вышеуказанных СНиП.

Пример упрощенного расчета

Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:

• грунты на участке — глина;
• диаметр используемых свай — 133 мм, диаметр лопасти — 350 мм;
• масса дома, полученная в результате сбора нагрузок от стен, перегородок, перекрытий, полезного и снегового нагружения — 59 тонн.
• периметр наружных стен — 24 м, внутренних несущих стен нет.

Сначала находится прочность грунта основания. Воспользовавшись приведенной ранее таблицей находим, что для имеющегося типа почвы она составляет 6,0 кг/см². Коэффициент надежности по нагрузке принимаем 1,75 (для обеспечения запаса по надежности). Остается вычислить площадь лепестковой подошвы:

S = (πD²)/4 = 3,14*352/4 = 961,6 см² (значение диаметра лопасти в расчет берется в сантиметрах).

Находим неоптимизированную несущую способность:

F = S*Rо = 961,6*6,0 = 5770 кг.

Вычисляем допустимую нагрузку:

N = F/γk = 5770/1,75 = 3279 кг ≈ 3,3 т.

Для дальнейшего расчета определяем минимальное количество свай, которые способны удержать данный дом:

59 т/3,3т = 17,87 шт, округляем до целых в большую сторону и принимаем в дальнейший расчет 18 шт.

Чтобы завершить вычисления для возведения фундаментов, нужно определить шаг между сваями. Для этого длину стен дома делят на количество опорных элементов:

24 м/18 шт = 1,33 м — максимальный шаг фундаментов.

Получилось довольно большое количество свай для такого небольшого дома, т.к. мы приняли что геологические изыскания не проводились, и пришлось принять γk = 1,75, если провести исследования хотя бы пробным вкручиванием (эталонным), тогда количество свай можно снизить до 12-13 штук, а это существенная экономия. В каждом случае нужно считать что обойдется дешевле — геологические изыскания или самостоятельный расчет и перестраховка по несущей способности.

Определение максимальной нагрузки на сваю — только часть вычислений для проектирования. Как показано выше, на этом расчет не заканчивается. Окончательными результатами вычислений должны стать следующие данные для свай:

• сечение;
• длина;
• шаг;
• распределение под несущими стенами.

Особенности ростверкового фундамента

Тип ростверкового фундамента определяется формой свай или столбцов, а также их материалом. Весьма проблематично давать какие-либо рекомендации, не имея представления об особенностях местности и о типе будущего сооружения. Перед проведением проектирования обязательно стоит учесть особенности местного грунта, климат и расчетные нагрузки. Наиболее оптимальным вариантом является квалифицированная помощь и консультация специалистов. Так как в противном случае велика вероятность того, что будущее строение будет подвергаться деформации, что поспособствует его последующему разрушению. Чтобы полностью нивелировать данный аспект и рекомендуется подробно ознакомиться с данным онлайн калькулятором. При таком подходе можно быстро и легко подсчитать все расходы и учесть все особенности будущего строительства.

Строительство дома от А до Я

Расчет с помощью онлайн-калькулятора

Тип грунта определяется по результатам бурения пробной скважины. Она имеет глубину до появления контакта с плотными слоями, или до момента погружения на достаточную глубину для установки висячих свай.

Некоторую информацию можно получить в местном геологоразведочном управлении, но она будет усредненной и не сможет дать максимально полные данные о качестве и параметрах грунта на данном участке.

Участок способен иметь специфические инженерно-геологические условия, не свойственные данному региону в целом, поэтому всегда следует производить специализированный геологический анализ.

Глубина промерзания грунта — табличное значение, которое находят в приложениях СНиП.

Существует специальная карта, на которой все регионы России разделены на специальные зоны, обладающие соответствующей глубиной промерзания.

Тем не менее, в действующем ныне СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» имеется методика специализированного расчета глубины промерзания, производимого по теплотехническим показателям грунта и самого здания.

Преимущества ростверкового фундамента

Ростверковый фундамент выбирается по причине слабого грунта или же его глубокого промерзания в зимний период времени. Данная разновидность конструкции пользуется большим спросом в тех регионах страны, где использование какого-либо другого аналогового типа фундамента является проблематичным решением. Основным преимуществом и особенностью ростверкового фундамента является отсутствие каких-либо требований к климатическим особенностям региона. Еще одним преимуществом является скорость возведения конструкции, так как сваи или столбцы можно подготовить заблаговременно, а их установка производится в отверстия, которые также можно пробурить заранее.

Общие положения

4.1 Основное назначение свай – это прорезка залегающих с поверхности слабых слоев грунта и передача действующей нагрузки на нижележащие слои грунта, обладающие более высокими механическими показателями. Свайные фундаменты должны проектироваться на основе и с учетом:

а) результатов инженерных изысканий для строительства;

б) сведений о сейсмичности района строительства;

в) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия их эксплуатации;

г) действующих на фундаменты нагрузок;

д) условий существующей застройки и влияния на нее нового строительства;

е) экологических требований;

Расчет несущей способности сваи по грунту

Это экономичный, устойчивый вариант установки фундамента, применяемый практически в любых условиях.

В статье мы расскажем о видах свай, порядке и различных методах расчета фундамента.

Расчет свай начинается с выбора их типа.

По способу заглубления в грунт различают:

• Забивные сваи. Самый популярный вид. Погружаются в грунт путем забивки пневматическим молотом на рассчитанную глубину;
• Буронабивные сваи устанавливаются в самые короткие сроки. Сначала методом шнекового бурения разрабатывают скважину и уплотняют грунт вокруг нее. Потом одновременно с извлечением бура под давлением закачивают в скважину бетонную смесь. Сразу после этого в ней устанавливают армирующий каркас. Его изготавливают из металлических стержней на заводе или строительной площадке;
• Вибропогружаемые опускаются в толщу пород под действием собственного веса. Специальная установка передает вибрацию через сваю на грунт, за счет этого уменьшается сила трения между конструкцией и частицами почвы и свая постепенно погружаются в породу. Метод применяется на площадках с песчаным или насыщенным влагой грунтом;
• Винтовые конструкции имеют лопасти на концах, благодаря им конструкция погружается в землю. Хорошо работают на неустойчивых грунтах и плывунах при наличии недалеко от поверхности прочной породы. При монтаже не издают шума, не повреждают почву, могут устанавливаться на площадках с плотной застройкой. Монтаж осуществляется вручную или с применением легкой техники;
• Вдавливаемые устанавливаются без сильных толчков и вибраций, создают минимальную нагрузку на почву и фундаменты расположенных вблизи сооружений. Подходят для строительства крупных объектов в местах с плотной застройкой и вблизи зданий с неустойчивыми или старыми фундаментами.

По виду материала:

• Железобетон. Самый популярный материал для возведения крупных объектов. Металл, составляющий каркас обеспечивает стойкость к изгибающим нагрузкам, а бетон защищает металлоконструкцию от воздействия окружающей среды, обеспечивает стойкость к вертикальным нагрузкам и увеличивает силу трения с грунтом;
• Дерево. Применяется в индивидуальном строительстве на сухих почвах. Дешевый и доступный материал, но требует дополнительной гидроизоляции;
• Металл. Из этого материала выполняют винтовые сваи. После изготовления их покрывают специальным составом, защищающим их от коррозии.

Сваи отличаются по виду конструкции и форме. Это могут быть квадратные, прямоугольные, многоугольные и круглые сечения. Последний вид приобрел наибольшую популярность благодаря простоте изготовления и расчета нагрузки на такую конструкцию.

По характеру работы:

• Сваи-стойки работают за счет установки их нижней части на прочную породу. Они передают нагрузку на устойчивое основание, миную другие, менее надежные слои;
• Висячие сваи работают за счет силы трения между ними и сжатыми грунтами вокруг.

Пример расчета фундамента на винтовых сваях

В большинстве случаев расчет свайного основания (в том числе и винтового типа) ведется на специальных программных продукта – так называемых «калькуляторах фундамента». Но всю последовательность вычислений, проводимых таким «калькулятором» можно произвести и вручную.

И далее по тексту мы изложим именно «ручную» методику расчетов. Причем все вычисления будут изложены именно в том прядке, который был описан при изложении типовой методики расчетов свайного основания. Итак..

Определение характеристик почвы

Как говорилось выше, все характеристики почвы определяют в ходе инженерно-геологических изысканий. Однако для сооружения небольших фундаментов под относительно легкие строения можно воспользоваться и усредненными, табличными данными, увязав несущую способность грунта с типом почвы.

Правда, в этом случае вам придется отрыть шурф, обнажающий слой грунта на глубине погружения сваи. Причем в качестве шурфа можно использовать котлован для септика.

Сбор нагрузок

Сбор нагрузок предполагает расчет по массе стройматериалов, эксплуатационной, снеговой и ветровой нагрузкам.

Масса строения 6х4 метра определяется по объему и удельному весу стройматериалов. В среднем на такой дом расходуют около 12 кубов бруса на несущие стены и еще 3-4 куба на обустройство кровли, цокольного и чердачного перекрытия. При удельной массе дерева в 550-600 кг/м3 такой объем пиломатериалов «потянет» на 9-10 тонн.

Эксплуатационная нагрузка считается исходя из площади строения, умноженной на усредненный вес оборудования, мебели и жильцов. И при значении среднего веса в 350 кг/м2 эксплуатационная нагрузка равняется 8,4 тонны (6х4х350).

Ветровая нагрузка определяется по площади пола умноженной на коэффициент (40+15Н), где Н – это высота фасада дома. При высоте фасада в 3,5 метра, ветровая нагрузка равна 2,2 тонны (6х4 х (40+15х3,5)).

Снеговая нагрузка вычисляется по площади кровли, умноженной на коэффициент среднего веса снежного покрова (180 кг/м2 для жилищ, расположенных в средних широтах). И при высоте фронтона в 2 метра площадь двускатной кровли нашего дома равна 34 м2. В итоге, снеговая нагрузка равняется 6,1 тонны (34х180).

Таким образом, сбор нагрузок предполагает, что на грунт и основание будут давить не менее 26,7 тонн общего веса строения.

Расчет параметров свай

Перед тем, как рассчитать количество винтовых свай для фундамента и определить шаг расположения опор, следует вычислить несущую способность одной сваи. Для этого нужно умножить на площадь пяты (винтовой лопасти) опоры несущую способность грунта.

Площадь пяты выбирается по специальной таблице, в которой указан диаметр всех нормированных (производимых по ГОСТ) винтовых свай. Наименьший диаметр такой сваи равен 300 миллиметрам. Следовательно, площадь пяты опоры равняется 706 см2.

А при несущей способности грунта в 3-4 кг/см2 несущая способность сваи будет равна 2,1-2,8 тонны.

Таким образом, для удержания нагрузки в 26,7 тонны достаточно 10-12 свай. Габариты опор берутся по общим рекомендациям. Например, для деревянных конструкций в большинстве случаев советуют опору СВ108 с диаметром стержня в 108 миллиметров.

Свайное поле считают исходя из жесткости балок ростверка. И если под нашим домом заложат металлический или деревянный ростверк то максимальный шаг (расстояние между двумя соседними опорами) будет равен 2-2,5 метрам. Причем формируя свайное поле нужно заложить опоры еще и под межкомнатную перегородку.

https://youtube.com/watch?v=6kJPnSH1oAs

О сайте

zalman

Свайные фундаменты

Конструкция свайного фундамента состоит из группы свай и ростверков, являющихся связывающим и распределяющим нагрузки звеном сооружения. На несущие плиты или балки, объединяющие сваи, опирают наземные части строений. В зависимости от своего места расположения относительно горизонта, ростверки бывают:

• низкими – находятся ниже уровня поверхности земли и передают через свою подошву часть усилия на грунт. Как правило, устраиваются не выше отметки промерзания;
• промежуточными – укладываются без заглубления непосредственно на поверхностном слое непучиноопасных грунтов. Вертикальное давление по подошве не передают;
• высокими – располагаются над уровнем земли под внутренними стенами домов при наличии технического подполья, а также под мостовыми опорами и т.д. Жесткость такой конструкции придают дополнительные наклонные сваи.

Проект сооружения может предусматривать различное расположение свайных стволов:

• одиночное – под легкие каркасные строения;
• ленточное (одно- или многорядное) – под несущие стены протяженных сооружений;
• кустовое – под массивные колонны и столбы;
• сплошное – под башни и высотные дома, имеющие небольшую площадь в плане.

Используя при возведении фундаментов в гражданском строительстве разные виды свай, удается увеличить объем сдаваемого жилья за счет повышения этажности строений, а также использования площадок с грунтами, имеющими неудовлетворительные характеристики. Кроме того, можно отметить значительное снижение трудоемкости и сокращение временных сроков на этапе земляных работ, по сравнению с открытым способом монтажа подземной части сооружения, дающее застройщику экономическую выгоду.

в 14:08

На чем основывается и как проводится расчет

Чаще всего в частном строительстве используются недорогие, но достаточно надежные сваи со сварными лопастями, модельного ряда СВС (свая винтовая сварная). Этот модельный ряд включает несколько типоразмеров, которые применятся в зависимости от вида планируемой постройки – от лёгких заборов до полноценных загородных домов.

Для возведения жилых и хозяйственных построек обычно применяются сваи от СВС-89 и крупнее (число показывает диаметр трубы). Соответственно, с повышением диаметра трубы увеличивается и размер лопастей винтовой части, то есть, про сути – площадь опоры сваи на грунт. Эти размерные параметры свай уже внесены в программу расчета.

Каждый тип грунта обладает собственным сопротивлением нагрузке, или, иначе говоря, несущей способностью, выражаемой в килограммах на квадратный сантиметр. Таким образом, определив тип грунта на планируемой глубине залегания лопастей сваи, и зная их площадь, несложно вычислить и несущую способность опоры.

Сопротивления грунтов на глубине залегания от 1.5 и ниже – уже внесены в программу расчета.

Безусловно, должен быть предусмотрен и эксплуатационный резерв несущей способности опоры. Для этого вводится поправочный коэффициент. И вот здесь есть нюансы:

Самый точный способ определения характеристик грунтов – это проведение геологического исследования участка. Поправочный коэффициент в этом случае – минимальный, всего 1,2, так как вероятность ошибки практически исключается. Но к этому способу прибегают нечасто, просто по причине высокой стоимости подобных работ.Второй способ – это установка так называемой эталонной сваи.

Опора ввинчивается в грунт на участке строительства, и после того, как она заглубится ниже уровня промерзания, с помощью специальных приборов оценивается крутящий момент, прикладываемый к свае. Это дает достаточно точную картину несущей способности грунта, но поправочный коэффициент уже выше – 1,25.Наконец, многие владельцы участка полагаются на собственные силы, и оценивают грунт, выкапывая шурфы или пробуривая вручную скважины на требуемую глубину. Безусловно, степень точности такого анализа – далека от идеала, поэтому в расчет закладывается максимальный коэффициент надежности, доходящий до 1,7.

Итоговый результат несущей способности сваи будет получен в килограммах и тоннах. Определив этот параметр и располагая значение общей нагрузки от здания на фундамент, несложно определиться и с количеством свай.

Одним из определяющих факторов расчета винтового фундамента является несущая способность сваи. Для ее определения существуют общепринятые методики, учитывающие несколько факторов. Зная несущую способность сваи, можно рассчитать количество свай, необходимых для закладки устойчивого и надежного фундамента.

Вычисление коэффициентов постели

Для вычисления коэффициентов постели используются усредненные (в пределах зафиксированной глубины сжимаемой толщи HС) значения модуля деформации EГР и коэффициента бокового расширения mГР. Эти значения вычисляются по формулам.

Коэффициент постели С1 вычисляется тремя методами.

Метод 1. Коэффициент постели С1 вычисляется на основании усредненных значений EГР и mГР по формуле:

Метод 2. Коэффициент постели С1 вычисляется по формуле Винклера:

, где

Метод 3. Для определения коэффициента постели С1 используется формула метода 1. Отличие состоит в том, что для определения усредненного модуля деформации ЕГР3 вводится поправочный коэффициент u к величине модуля деформации i–того подслоя. Этот коэффициент изменяется от u1=1 на уровне подошвы фундамента до un=12 на уровне уже вычисленной границы сжимаемой толщи. Принято, что коэффициент u изменяется по закону квадратной параболы:

Кроме того, принимается, что дополнительное вертикальное напряжение по глубине распределено равномерно. Тогда

Суть метода 3 изложена в работах и состоит в том, что в действительности модуль деформации грунта по глубине нарастает. Не учет этого факта приводит к неоправданно завышенным значениям осадок, а, следовательно, и к заниженным значениям коэффициента постели С1.

Для методов 1 и 3 коэффициент постели С2 вычисляется по формуле:

Для метода 2 коэффициент постели С2 не вычисляется.

По результатам работы программы выполняется построение полей осадок, границ сжимаемой толщи, коэффициентов постели Пастернака и Винклера. Выполняется построение эпюр вертикальных напряжений в любой точке приложенной нагрузки (Рис. 4, 5).

Рис.5. Эпюра вертикального напряжения при различном распределении нагрузки вдоль свай

Расчет осадки свайного фундамента, как условного, строго в соответствии с нормами выполняется при K1, K2 = 0 и K3 = 1.

Если внешняя нагрузка на свайный фундамент задана на несколько уровней, то эпюра напряжений от нее будет иметь ступенчатый вид, отражающий уровни приложения соответствующих долей нагрузки. Так на Рис. 5-а показана эпюра вертикального напряжения при К1 = 0, К2 = 0, К3 = 1. На Рис. 5-б показана эпюра вертикального напряжения при К1 = , К2 = 0.9, К3 = Причем, К2 разбит еще на 10 подуровней (количество подуровней может изменяться по желанию пользователя). На Рис. 5-в показана эпюра вертикального напряжения при К1 = 0.1, К2 = 0.6, К3 = 0.3.

По результатам вычисления осадок предоставляется возможность вычисления их разностей между существующими и проектируемыми фундаментами. Определяются также перекосы фундаментов существующих зданий, возникающие от проектируемых сооружений (Рис. 6). Перекосы вычисляются между парами точек, заданных пользователем.

Рис.6. Таблицы осадок и перекосов

Система ГРУНТ входит в состав таких программных комплексов как ЭСПРИ 2013, ЛИРА-САПР и МОНОМАХ-САПР.

ВЫВОДЫ. Система ГРУНТ позволяет производить экспертную оценку осадок, кренов и перекосов сооружений, как на естественном, так и на свайном основании и оценивать влияние проектируемых новых зданий на существующую окружающую застройку.

Новые возможности системы ГРУНТ для определения параметров жесткости грунтового и свайного оснований Открыть

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.