Расчет свайного фундамента

Расчет свайного фундамента

Выяснить, сколько именно нужно винтовых свай для фундамента, можно только после суммирования будущих нагрузок. Ниже приведено подробное руководство. Но следует знать, что учитывать надо не только основные строительные конструкции, но и отделочные материалы. Значительным весом обладают дверные и оконные блоки, инженерные коммуникации. Надо добавить вес мебели, крупной бытовой техники, котельного и другого оборудования.

Калькулятор расчета суммарной нагрузки, оказываемой на свайно-винтовой фундамент

Далее приведены примечания к программе расчета:

• Площадь перегородок и внешних стен можно подсчитать лично. Для этого используют имеющиеся чертежи. Более точными получатся данные, если вычесть площадь дверных и оконных блоков. Если этого не делать, прочность фундамента будет создана с запасом. На этом этапе в соответствующей графе калькулятора выбирают основной материал строительных конструкций.
• Сведения о площади этажей пригодятся для расчета массы перекрытий. Здесь также указывают материал с учетом армирования, других важных деталей из открывающегося в соответствующем пункте списка. Следует вычесть пустые участки для монтажа лестничных маршей.
• Далее выбирают тип кровельного покрытия. Если нет определенного варианта, отмечают материалы, близкие по весу. Так, например, покрытие рубероидом будет примерно равно по весу мягкой битумной кровле при одинаковом количестве слоев. Вес стропильной системы добавляется программой автоматически с учетом сделанного выбора.
• В холодную пору года значительный вес способна создать снеговая нагрузка. Для точности необходимо отметить угол наклона скатов по отношению к горизонтали.

• Указанные на рисунке данные (нагрузки в кг на м. кв.) заносить в калькулятор не надо. Достаточно указать зону, в которой будет построен объект недвижимости.
• Масса ростверка из дерева незначительна, поэтому ее учитываю при расчетах, увеличивая размеры соответствующих стен. Если для обвязки свайного фундамента применяют металлический швеллер, иные тяжелые материалы, требуется отдельное вычисление.

После проверки данных нажимают виртуальную клавишу подтверждения. Расчет выполняется быстро, без дополнительного вмешательства со стороны пользователя. Чтобы узнать, хватит ли прочности опор, полученное значение делят на несущую способность единичной детали (НС), которая вычислена заранее.

Допустим, что для каркасного дома получилось количество свай, равное 17. Это еще не итоговый результат. С помощью чертежа с контуром здания и стенами выполняют распределение опорных точек. Их устанавливают в местах сопряжения ограждающих конструкций, в углах. На прямых отрезках строительных конструкций устанавливают сваи с шагом не более 300 см.

Приведенный выше расчет используют для проектирования капитальных строений. Небольшие пристройки, заборы и другие легкие сооружения можно возводить на менее прочных основаниях. Но надо помнить, что понадобятся отдельные опоры под тяжелое технологическое оборудование. Аналогичное дополнительное укрепление устанавливают под колонну, удерживающую большой вес, другие ответственные элементы силового каркаса.

При сложном рельефе местности и на крутых склонах перепад высот может быть слишком большой. В некоторых случаях понадобятся сваи разной длины. Их ввинчивают так, чтобы остался запас от расчетной высоты от 30 до 60 см. Излишки помечают с применением нивелира, обрезают по одному уровню. Далее закрепляют оголовки, устанавливают ростверк в соответствии с выбранным вариантом.

Расчет общих нагрузок на основание

Вычисление общих нагрузок возможно только при наличии проекта дома с деталировкой и перечнем используемых материалов. Точный расчет можно проводить на основании СП 24.13330.2011, но для жилых объектов рекомендуется применять упрощенную схему. Это позволит получить чуть меньшую точность, но хорошим запасом по прочности, а также не привлекать специалистов-проектировщиков.

Определяем фактическую массу здания

Для надежности основания важно правильно вычислить массу дома

В понятие фактической массы здания входят все применяемые строительные материалы и конструкции для его возведения: стены, перекрытия, кровля, перегородки, окна, двери, установленное количество свай и т. д. Для определения веса стен можно воспользоваться следующими данными:

1. Кирпичная кладка, толщиной в 150 мм (в полтора кирпича), создает нагрузку на фундамент величиной в 30-50 кг/м2.
2. Оцилиндрованные бревна, брус или сруб способны нагрузить основание на 70-100 кг/м2.
3. Вес железобетонных плит с толщиной 150 мм составит 300-350 кг/м2.
4. Каркасные панели создадут нагрузку на фундамент величиной в 30-50 кг/м2.

Для определения веса перекрытий необходимо ориентироваться на такие значения:

1. Чердачное перекрытие с применением деревянных балок и утеплителя плотностью менее 200 кг/м3 создаст нагрузку на фундамент 70-100 кг/м2.
2. Перекрытие чердака деревянными балками и настилом утеплителя плотностью менее 500 кг/м3 создадут нагрузку для фундамента 150-200 кг/м2.
3. Цокольное перекрытие деревянными балками с утеплителем плотностью менее 200 кг/м2 нагрузят  основание на 100-150 кг/м2.
4. Перекрытие цоколя деревянными балками с утеплителем плотностью до 500 кг/м3 создадут нагрузку для фундамента 200-300 кг/м2.
5. Перекрытие на основе железобетонных плит создадут нагрузку в 500 кг/м2.

Упростить расчет нагрузки кровельного материала можно путем использования данных компании изготовителя.

Определение полной нагрузки на единицу площади производят путем суммирования всех нагрузок и умножения полученного значения на коэффициент 1,5, который обеспечит запас прочности в 50%. Для большинства жилых домов этого запаса будет достаточно.

Определение снеговых нагрузок

Величина снеговых нагрузок определяется согласно СП 20.13330.2011 по формуле:

где ce – коэффициент сноса снега под действием внешних факторов, таких, например, как ветровых потоков;

ct – термический коэффициент;

µ – коэффициент перехода между снежным покровом и кровельным покрытием;

Sg – масса снежного слоя на единицу площади (1 м2).

Все коэффициенты необходимо взять из таблиц СП 20.13330.2011. При этом вес снегового покрова следует определить с использованием карты снеговых районов.

Критерии оценки ветровых нагрузок

Для фундамента на основе буронабивных или винтовых свай ветровые нагрузки также стоит учитывать, так как они могут создавать сдвиговые поперечные деформации. Расчет производится согласно СП 20.13330.2011. При этом обязательно учитывают следующие факторы:

1. Преобладающий тип ветровых потоков.
2. Предельные значения давления ветра на единицу площади.
3. Наличие вихревых потокообразований.
4. Возможное образование некоторых видов неустойчивых аэродинамических колебаний.

Нормативные ветровые нагрузки определаются путем суммирования средней и пульсационной составляющих.

Вычисление полезных нагрузок

Расчет полезных нагрузок для буронабивных и винтовых свай вычисляется по методу, описанному в СП 20.13330.2011.  Во внимание берутся все предметы интерьера, люди и домашние животные. Для жилых домов рекомендуется брать усредненную нагрузку, которая составляет 150 кг/м2. Посмотрите видео, которое рассказывает о вычислении полезных нагрузок, а также испытании свайных опор

Посмотрите видео, которое рассказывает о вычислении полезных нагрузок, а также испытании свайных опор.

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.).

Расчет свайно-винтового фундамента

Подробнее как рассчитать число винтовых столбов для фундамента разберем на примерах.

Пример 1.

Для первого примера рассчитаем число основ для двухэтажного дома 6 м. шириной и 12 длинной. Материал – брус. Высота потолков – 2 м. Тип грунта – плотный крупный гравелистый песок.

1. Вся тяжесть такого материала считается по принципу – кубический метр бруса умножить на один кубический килограмм. В нашем случае – 52 кубических метра бруса умножаем на 800 кг/куб. Груз дома – 41600 кг, учитывая стропильную систему и тяжесть кровли.
2. ПН составляет 150 кг на 1 квадратный метр помещения. Значит ПН = 6*12*150. ПН = 10800 для одного этажа, или 21600 для двух.
3. Ветровую и снежную массу рассчитываем следующим образом – 6*12*100 (средний вес снега на 1 квадратный метр) = 7200 кг.
4. Далее мы должны рассчитать общее давление основы дома на балки. 41600+21600+7200=70400. Затем общий вес стоит умножить на коэффициент надёжности, который равен 1,1. Сумма тяжести– 77440.
5. После того как мы закончили расчет веса на винтовые опоры для фундамента, можно определить точное количество требуемых нам столбов. Рассчитать количество столбов, можно разделив всю массу дома на 2500 (тяжесть выдерживаемая опорным столпом ВСК 108х300х2500). Таким образом, для нашего двухэтажного дома из бруса 200х200, нам потребуется 31 опора.

После того расчет фундамента на опорах с лопастями закончен — устанавливаем их согласно схеме обвязки дома и на расстоянии между сваями не больше 2,5 м.

Пример 2.

Для второго примера попробуем построить другой дом и рассчитать винтовой фундамент. Это будет одноэтажный дом со сторонами 6 и 8 м. Высота потолка 2 м. Грунт тот же – плотный крупный гравелистый песок. Материал – газобетон.

1. Расчетный вес такого дома будет составлять 143 960 килограммов.
2. Полезная нагрузка составит 6*8*150 = 7200 килограмм.
3. Далее нужно рассчитать ветровую и снежную нагрузку. 6*8*100 = 4800 кг.
4. Сложив все цифры воедино мы получим общую тяжесть нашего дома, а именно – 155 960 килограмм.
5. Множим на коэффициент надёжности — 1,1 и получаем 171556.
6. После того как расчет нагрузки на опоры фундамента окончен, нужно подсчитать точное количество требуемых нам опор. Для этого дома мы задействовали столбы типа ВСК 89х250х2500, способные выдерживать до 2-х тонн груза включительно.171556/2000~ 86. Таким образом нам понадобится 86 столбиков для нашего дома. Расстояние между сваями не больше 2,5.

Пример 3.

В последнем примере мы опять постараемся рассчитать фундамент, какой грузоподъемностью он будет обладать, расстояние между опорами и их точное число. Наш дом будет стоять на плотной сухой глине, и иметь два этажа. Материал внутренней и внешней отделки – каркасная стена с уплотнителем и толщиной в 15 см. Размер дома – 6 на 8 м.

1. Материалы составят – 56730 кг.
2. Ветровая и снежная масса – 6000.
3. ПН – 9000.
4. Общая масса – 71730 кг. Множим на коэффициент надёжности 1,1 и получаем общую массу – 78 903 кг.
5. Далее делим это число на 1000 (тип опоры — ВСК 76х200х2500). Для такого дома нам понадобится 79 столпов, но поскольку мы имеем не самый устойчивый грунт данное число стоит умножить на 1,5. Итоговое число опор – 119. Максимальное расстояние между такими сваями 1-1,5.

Наконец хотелось бы сказать, что когда вы выбрали для себя данный тип фундамента, выяснили расстояние между сваями и подсчитали наш чертеж, всё равно обратитесь за перепроверкой и установкой к квалифицированным специалистам.

Несущая способность винтовой сваи: расчёт

Несущая способность винтовых свай находится путём умножения площади опоры на несущую силу грунта. Рассмотрим этот расчёт на примере винтовой сваи 133, погружённой в глинистую почву:

1. Сначала найдём площадь опоры. Используя табличные данные, узнаём, что диаметр винта равен 30 см, таким образом, площадь подошвы равна: 15х15х3,14=706,5 см².
2. Теперь воспользуемся таблицей, чтобы определить несущую возможность грунта. Для глинистых почв она равна 6 кг/см².
3. Теперь находим несущую способность свайных элементов: 706,5х6=4,2 т.

Вывод: один свайный элемент модели 133, с глубиной погружения в глинистую почву на 2-2,5 м, может выдержать нагрузку в 4,2 т.

Винтовые сваи

Как учесть надёжность конструкции при расчётах?

Однако описанный в середине статьи расчёт является приближённым. В нём не учитывается показатель запаса прочности деталей. Для этого необходимо произвести итоговый расчёт по формуле: N=F/Y, где N – искомая нагрузка, F – её приближённое значение, полученное вышеописанным способом расчёта, Y – коэффициент запаса прочности. Последний показатель зависит от правильности расчётов и числа свайных элементов. Его подбор осуществляется по таким параметрам:

• при числе элементов равном 5-20 шт, коэффициент составляет 1,75-1,4 (в данном случае должен использоваться низкий ростверк на подвесных опорах);
• коэффициент 1,25 используется при проведении испытаний на эталонном свайном элементе и является приблизительным;
• для проведения более точных испытаний используется коэффициент равный 1,2.

Пример: в продолжение нашего расчёта для свайного элемента модели 133 найдём уточнённую несущую способность: 4,2/1,2=3,5 т. Этот показатель будет использоваться при проведении точных инженерно-геологических исследований. Если же используются усреднённые табличные показатели, то искомая величина равна 4,2/1,75=2,4т.

Винтовые сваи: габариты

Определяем максимальную несущую способность одного свайного элемента

Чтобы найти максимальную несущую способность одного свайного элемента, потребуются сразу несколько данных. Для наглядности возьмём следующие показатели:

1. Установка свай будет выполняться на песчаных грунтах с несущей способностью 15 кг/см².
2. Используется опора модели 219 с диаметром подошвы 600 мм.
3. Поскольку у нас будут использоваться не больше пяти свай в поле, а несущая способность грунта определена точно, используем коэффициент равный 1,75.

Максимальную несущую способность вычисляем следующим образом:

1. Находим площадь опоры винтовой сваи: 30х30х3,14=2826 см².
2. Вычисляем приближённый показатель несущей способности: 2826х15=42,4 т.
3. Теперь определяется точная несущая способность винтовых свай: 42,4х1,75=24,23 т.

Вывод: несущая способность одного элемента винтовых свай с диаметром опоры 300 мм составляет чуть больше 24 тонн. То есть допустимые нагрузки (вес стен, перекрытия, мебели и т.п.) на опоры при такой глубине залегания не должны превышать 24 тонны. Как видите, правильно рассчитанная несущая способность винтовых свай гарантирует, что наш фундамент выдержит вес перекрытий, стен, ветровую и снеговую нагрузку.

Винтовые сваи

Винтовые сваи

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:

В = М/L*R, где

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.

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.

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.

Арматура, требования к ней и расчет

Под фундамент здания обычно берут металлические прутья, класс А III и выше.

Сечения:

• холоднотянутый прут – не меньше трех миллиметров;
• горячекатаный – не менее шести миллиметров.

Сталь должна относиться к классу 15 или выше. Обязательна обработка составами, препятствующими возникновению коррозии.

Возможно применение и арматуры из композитных материалов. Она проще в монтаже, более упругая, более жесткая и не такая пластичная. Преимуществом композита является неподверженность коррозирующим процессам, этот материал хорошо выдерживает вертикальную нагрузку и не образует мостиков холода.

Диаметр прутков и как рассчитать их количество?

Основа арматурного каркаса: вертикальные элементы – ребристые прутки с диаметром 1-1,2 см.

Горизонтальные связующие элементы изготавливаются из монтажной арматуры с сечением в 6-8 мм.

Они необходимы для соединения вертикальных в общую конструкцию.

Верхние концы вертикальных прутьев должны выступать из бетонной смеси на высоту в десять-двадцать сантиметров от уровня заливки. Они требуются для привязки ростверка.

Объем требующихся для процедуры прутьев определяют так: общее значение диаметра их в бетонном основании не должно превышать 0,25 процентов от диаметра столба-основания. Рекомендуемый вариант соотношения диаметров 1 к 25.

Визуально расчет выглядит так:

Бетонная смесь должна обходить арматурный каркас слоем не менее двадцати пяти миллиметров, что позволит защитить металл от коррозии.

Для столбов подойдет и пространственный каркас, в котором прутки между собой соединены вязальной проволокой. Положение фиксируется до начала бетонирования.

Чтобы получить каркас для столба в 20 см диаметром при глубине закладки фундамента в два метра, требуется четыре вертикальных прута. Сечение не менее 10 мм, лучше двенадцать. Шаг для перевязки 50 см, а значит, потребуется четыре места горизонтальных соединений.

Принцип расчета выглядит так:

1. количество ребристых прутьев (длина) рассчитывается с учетом припуска в 200 мм, который необходим для проведения привязки ростверка. Получается, что на один столб надо (2+0,2)*4=8,8 метров прутка сечением 10-12 мм;
2. для выполнения горизонтальных соединений количество гладкой арматуры рассчитывается перемножением 0,2*4*4=3,2 метра прутка диаметром 6-8 мм;
3. чтобы посчитать объем проволоки для вязки каркаса, останется выполнить такое действие 0,3*4*4=4,8 метра.

Получив количество материала, требующегося на один столб, остается только перемножить это на общее число столбов.